Calderas Ingeniería mecanica

SEP

DGEST

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE METAL-.MECÁNICA XIX SIMPOSIO DE INGENIERÍA MECÁNICA 29,30 Y 31 DE OCTUBRE DE 2012 ACADEMIA DE INGENIERÍA MECÁNICA

CURSO DE CALDERAS PIROTUBULARES PROGRAMA: CAPITULO I. 1.1.- DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE CALDERAS. 1.2.- CALDERAS ACUOTUBULARES 1.3.- CALDERAS PIROTUBULARES 1.4.- ELEMENTOS DE CALDERAS 1.5.- CALDERAS DE ACEITES TÉRMICOS CAPITULLO II 2.1.- PORQUE EXPLOTAN LAS CALDERAS 2.2.- POR EL LADO DEL VAPOR 2.3.- POR EL LADO DEL FUEGO 2.4.- ACCIONES DE SEGURIDAD CAPITULO III 3.1.- ACCESORIOS DE CALDERAS PIROTUBULARES 3.2.- INSTRUMENTOS DE CALDERAS 3.3.- SECUENCIA DE ENCENDIDO 3.4.- OPERACIÓN DE CALDERAS

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SIMPO SIMPOSI SIO O DE INGEN INGENIER IER A MEC NIC NICA A

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INTRODUCCION Las calderas de baja presión representan en la actualidad un renglón muy importante para los procesos industriales en plantas del sector productivo y en empresas de servicios como la Industria Hotelera, para las industrias de la Transformación, Refinerías, Licoreras, Ingenios, Hospitales y otras más, tanto en lo técnico como en lo económico, por esto la subrayada importancia en mantenerlas en óptimas condiciones de funcionamiento, para obtener un mejor aprovechamiento en la producción de vapor, un uso eficiente y racional de la energía, para la conservación adecuada de la caldera y de sus accesorios, con la consecuencia inmediata de aumentar la productividad y de disminuir el riesgo de accidentes y de quedarse sin vapor para su servicio o proceso industrial. Es conveniente brindar apoyo en cuanto conocimientos y guías confiables a las personas encargadas de la operación y mantenimiento de calderas, porque así se propicia la eliminación de algún hábito indebido en la operación o cuidado de la caldera, adquirido de alguna manera involuntaria, si el operario estudia y adquiere mayor número de conocimientos teóricoprácticos sobre el funcionamiento de las calderas y sus accesorios, mayor sería la garantía de una buena operación y conservación óptima del equipo. Es de mayor importancia el funcionamiento óptimo de las calderas por los altos costos que han alcanzado los combustibles y el impacto impacto ambiental que resultan los gases que emiten luego de la combustión y son arrojados a la atmósfera impactándola y favorecer al cambio climático que afecta nuestro planeta. OBJETIVO DEL CURSO El presente curso está diseñado para ofrecer ofrecer a los Fogoneros, Operadores y personal de mantenimiento de calderas de baja presión: conocimientos teórico- prácticos del funcionamiento de las calderas, de sus accesorios y equipos auxiliares. Incluye los fundamentos básicos de funcionamiento y de operación, de los cuidados adecuados de la caldera: todo encuadrado dentro de un marco filosófico de: que si el operador conozca mejor lo que está sucediendo físicamente en el interior de la caldera, de sus accesorios y de los equipos auxiliares, mejor desempeño tendría en el desarrollo de su labor, convirtiéndose en mejor servicio y en mejor aprovechamiento de sus recursos humanos y económicos. El presente trabajo esta realizado sin objetivo de lucro,sino con la única intención de proporcionar conocimientos con objetivo enseñanza y apoyar en el proceso educativo técnico del lector. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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INTRODUCCION Las calderas de baja presión representan en la actualidad un renglón muy importante para los procesos industriales en plantas del sector productivo y en empresas de servicios como la Industria Hotelera, para las industrias de la Transformación, Refinerías, Licoreras, Ingenios, Hospitales y otras más, tanto en lo técnico como en lo económico, por esto la subrayada importancia en mantenerlas en óptimas condiciones de funcionamiento, para obtener un mejor aprovechamiento en la producción de vapor, un uso eficiente y racional de la energía, para la conservación adecuada de la caldera y de sus accesorios, con la consecuencia inmediata de aumentar la productividad y de disminuir el riesgo de accidentes y de quedarse sin vapor para su servicio o proceso industrial. Es conveniente brindar apoyo en cuanto conocimientos y guías confiables a las personas encargadas de la operación y mantenimiento de calderas, porque así se propicia la eliminación de algún hábito indebido en la operación o cuidado de la caldera, adquirido de alguna manera involuntaria, si el operario estudia y adquiere mayor número de conocimientos teóricoprácticos sobre el funcionamiento de las calderas y sus accesorios, mayor sería la garantía de una buena operación y conservación óptima del equipo. Es de mayor importancia el funcionamiento óptimo de las calderas por los altos costos que han alcanzado los combustibles y el impacto impacto ambiental que resultan los gases que emiten luego de la combustión y son arrojados a la atmósfera impactándola y favorecer al cambio climático que afecta nuestro planeta. OBJETIVO DEL CURSO El presente curso está diseñado para ofrecer ofrecer a los Fogoneros, Operadores y personal de mantenimiento de calderas de baja presión: conocimientos teórico- prácticos del funcionamiento de las calderas, de sus accesorios y equipos auxiliares. Incluye los fundamentos básicos de funcionamiento y de operación, de los cuidados adecuados de la caldera: todo encuadrado dentro de un marco filosófico de: que si el operador conozca mejor lo que está sucediendo físicamente en el interior de la caldera, de sus accesorios y de los equipos auxiliares, mejor desempeño tendría en el desarrollo de su labor, convirtiéndose en mejor servicio y en mejor aprovechamiento de sus recursos humanos y económicos. El presente trabajo esta realizado sin objetivo de lucro,sino con la única intención de proporcionar conocimientos con objetivo enseñanza y apoyar en el proceso educativo técnico del lector. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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CURRICULUM VITAE: NOMBRE: EMILIANO ALBERTO CANTO QUINTAL FECHA DE NACIMIENTO: 20 DE MARZO DE 1951 ESTADO CIVIL: CASADO ESTUDIOS REALIZADOS SECUNDARIA: SECUNDARIA TECNICA EN EL INSTITUTO TECNOLOGICO REGIONAL DE MÉRIDA No. 8 BACHILLERATO: VOCACIONAL EN CIENCIAS FÍSICO-MATEMÁTICAS EN EL INSTITUTO TECNOLÓGICO REGIONAL DE MÉRIDA No. 8 PROFESIONAL: INGENIERIA INDUSTRIAL EN MECÁNICA, EN EL INSTITUTO TECNOLÓGICO REGIONAL DE MÉRIDA No. 8 POSTGRADO: INGENIERIA TÉRMICA Y CONTROL, INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY. TRABAJOS REALIZADOS: AUXILIAR DEL LABORATORIO DE INGENIERIA DE CONTROL EN EL ITESM. CATEDRATICO DE ENSEÑANZA SUPERIOR EN LOS SIGUIENTES TECNOLOGICOS: DE MORELIA, DE OAXACA Y DE LA LAGUNA. JEFE DE LA SECCIÓN DE ENERGÍA EN EL CENTRO DE GRADUADOS DEL IT DE MÉRIDA. JEFE DE DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA DEL IT DE MÉRIDA COORDINADOR DE LA MAESTRÍA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA MECÁNICA DEL IT DE MÉRIDA ACTUALMENTE: CATEDRATICO DE ENSEÑANZA SUPERIOR EN EL DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA DEL INSTITUTO TECNOLOGICO DE MERIDA. CURSOS IMPARTIDOS: TERMODINAMICA, TRANSMISION DE CALOR PLANTAS DE VAPOR MAQUINAS DE COMBUSTION INTERNA ENERGIA SOLAR APLICADA INSTRUMENTACIÓN, DINÁMICA Y OTROS. CURSO DE TITULACIÓN CALDERAS DE BAJA PRESIÓN DESDE 1988 CURSOS SOBRE CALDERAS A LOS FOGONEROS Y JEFES DE MANTENIMIENTO DE LOS HOTELES DE LA ZONA HOTELERA DE CANCUN. TRABAJOS ESPECIALES: INVESTIGACION EN LA UTILIZACION DE LA ENERGIA SOLAR. DISEÑO y SELECCIÓN DE MAQUINARIA E INSTALACION DE UNA FABRICA DE JAULAS PARA AVES, PRODUCCION INDUSTRIAL DE JAULAS: “TALLERES MAQUILADORES”, ASESORÍA INDUSTRIAL E INGENIERÍA FORENSE EN ACCIDENTES DE CALDERAS. PARTICIPACIÓN EN CONCURSOS DE CREATIVIDAD: 10 TRABAJOS COMO ASESOR Y DOS VECES COMO JUEZ. Octubre del 2012 ATENTAMENTE: ING. EMILIANO ALBERTO CANTO QUINTAL.

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SIMPOSIO DE INGENIER A MEC NICA

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BREVE HISTORIA SOBRE LAS CALDERAS Las calderas de vapor son instalaciones industriales las cuales funcionan mediante la aplicación de un combustible sólido, líquido o gaseoso; su principal objetivo es vaporizar el agua para poder así obtener diferentes aplicaciones. Estos artefactos fueron utilizados hasta el siglo XIX como medios para teñir ropa y producir vapor para limpieza, hasta que un hombre conocido como Papín inventó una caldera de pequeñas dimensiones llamada “marmita”; con ella se trató de reemplazar los modelos anteriores pero el intento fracasó. La caldera de vapor más elemental fue diseñada, como mencionamos previamente, por Dionisio Papín en 1769 pero quien la desarrolló fue James Watt en 1776; estas calderas eran utilizadas para accionar bombas de agua, tenía una forma cilíndrica vertical y eran de una larga vida útil; fueron éstas las responsables de la revolución industrial la cual comenzó en dicho siglo. Luego su uso se fue generalizando en el uso de otras industrias y para el funcionamiento de los barcos y los grandes trasatlánticos, los primeros ferrocarriles, los servicios de calefacción para los hoteles de turismo, etc. En el siglo pasado se generalizo en las empresas a escala industrial siendo utilizadas para transportar energía mediante el vapor de agua siendo la forma más económica y con la generación de energía eléctrica para iluminar las ciudades y mover las maquinas para la producción de las industrias; las calderas tomaron un lugar muy importante y se desarrollaron de gran forma. Debido a la importancia que tienen las calderas no han dejado de evolucionar y de mejorar de forma continua, su diseño, su control y su seguridad aplicando las tecnologías que el mundo actual cuenta y la humanidad ha desarrollado, su uso extensivo continua en la presente época y es importante para el desarrollo de muchas industrias y para los Hoteles de gran turismo. Las fabricas modernas, los grandes edificios y el confort en los millones de hogares son posibles a la electricidad generada por el vapor y las calderas se encuentran por doquier

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DEFINICIÓNES DE CALDERAS: El vapor es ampliamente utilizado para calefacción, para mover turbinas, máquinas y bombas; para realizar los miles de procesos en las ramas de la industria. El vapor es utilizado en estos casos, simplemente por que existe una necesidad de calor y energía al mismo tiempo, el vapor es la manera más adecuada y económica de transportar grandes cantidades de calor y energía. El vapor es fácil de producir ya que se obtiene del agua y generalmente se requiere de un recipiente adecuado para producirlo industrialmente, este recipiente es una Caldera o un Generador de Vapor. Una caldera de vapor es un recipiente cerrado, fuertemente construido de acero. Cuando está en uso, ésta parcialmente llena con agua en estado líquido, la cual es convertida en vapor por la aplicación externa de energía calorífica, el recipiente está sujeto a presión. Es un recipiente cilíndrico metálico, sujeto a presión y cuyo objetivo, es que el líquido se transforme en vapor mediante una fuente de calor o para calentar un líquido para transportar energía. Las calderas o generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan o calientan el agua para aplicaciones industriales, también pueden ser de calentamiento de aceite térmico. El vapor generado es usado para potencia, calentamiento y procesos de manufactura. Un grupo generador de vapor de agua es una combinación de aparatos que puede constar de algunos o todos los siguientes: Caldera, hogar, equipo de quemadores o el necesario para quemar el combustible, cámaras de agua, purificador del vapor, recalentador, atemperador y calentador de aire. En la definición técnica escueta, se comprende como caldera únicamente el cuerpo que forma el recipiente y las superficies de calefacción por convección. Una caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia de estado. Las calderas son un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase o calentamientos de líquidos. Además son recipientes sujetos a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas. Las calderas son muy importantes en las plantas termoeléctricas, el vapor sobrecalentado y a elevadas presiones que generan, sirven para hacer funcionar las turbinas y estas al INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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generador eléctrico, es la que transforma la energía del poder calorífico del combustible a energía del vapor. Existen diversas clasificaciones que se pueden dar en las calderas: por las presiones, por la forma de lascalderas, por el tipo de combustibles, por el contenido del agua,etc. La clasificación mayormente utilizada es la siquiente.

Existen dos grandes grupos para la clasificación de calderas: Calderas tubos de fuego o pirotubulares Son calderas dotadas de tubos rectos, rodeados de agua y a través de cuyo interior pasan los gases de la combustión. Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente y es atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape.

Calderas de tubos de agua o acuotubulares Son calderas dotadas de tubos rectos o curvos, en cuyo interior circula el agua y por el exterior pasan los gases de la combustión, están provistas de los domos o cilindros metálicos donde se vaporiza él agua. Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza a través de tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación de vapor. CALDERAS PIROTUBULARES. La Norma Oficial Mexicana que regula la seguridad en la operación de las calderas en los centros de trabajo y su cumplimiento genera la Licencia de Funcionamiento es: NOM-020- 2011-STPS y la Secretaria del Trabajo y Previsión Social es la encargada de vigilar su cumplimiento en los centros de trabajo.

Fotografía 1.- Vista de una caldera pirotubular con su instrumentación y controles para su operación segura. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Salida principal de vapor Cámara de vapor Vapor producida

Nivel del agua

Envolvente Flushes

Espejo

Cañón

Lleva aislante térmico Purga de fondo

Fi gura 1.-Corte de una caldera pirotubular ilustrando sus partes del cuerpo.

Fotografía 2.- Operador de calderas alimentando el fogón con carbón, por esto se les denomina fogoneros, la foto muestra una caldera pirotubular es del Museo de Londres.


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Figura 3.- Vista interior del cuerpo y corte frontal de una caldera pirotubular, mostrando la envolvente, el nivel del agua, los tubos, el hogar y espejo, básicamente es el cuerpo de la caldera que forma todas las partes que tienen contacto con el agua.

Figura 4.- Vista de la parte frontal y posterior de una caldera pirotubular, tapas, quemador, hogar, cañón, tubos, la tapa frontal tiene integrado el quemador y el ventilador en la posterior está cubierta en su parte interior de cemento refractario ambas son de acero.


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Fotografía 4.- Vista posterior de una caldera pirotubular, tapa trasera, tubos, espejo y cañón, partes integrales de la caldera, el cañón es el cilindro metálico en la parte inferior y el espacio que forma es el hogar de la caldera, alrededor se encuentran los tubos o fluses que forman el intercambiador de calor para vaporizar el agua.

Elementos y accesorios para calderas pirotubulares. Envolvente es una placa de acero rolada y soldada que forma el cilindro metálico que contiene los tubos de la caldera y el cañón que forma el espacio para el hogar también contiene el agua para evaporar o calentarla, las tapas metálicas soldadas al cilindro de la envolvente se denominan espejos. El cañón es un cilindro de acero en el interior de la envolvente, en el interior de esté cilindro se encuentra el espacio que forma el hogar de la caldera donde se produce la combustión del combustible y parte de la transferencia del calor por radiación de la flama generada por el combustible. Los tubos se encuentran en el interior de la envolvente y en su interior circulan los gases de combustión, se encuentran sumergidos por el agua dentro de la caldera y a través de sus paredes se produce el intercambio de calor entre los gases de la combustión y el agua dentro de la caldera, hasta hacerla hervir y vaporizarla, por esto es importante mantener limpias las superficies laterales de los tubos en su interior por el lado de los gases y en su exterior por el lado del agua. La Cámara De Vapor; es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, sobre el nivel del agua normalmente a dos tercios de la altura y debe ser separado del agua en suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente también la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor. La cámara de agua es la parte que contiene el agua y siempre debe cubrir las superficies de la hilera de los tubos superiores porqué su objetivo es enfriar los tubos y absorber el INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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calor que le transmiten sus paredes para conseguir su ebullición y luego su evaporación, es muy importante mantener el nivel de agua dentro de la caldera para su buen funcionamiento y la seguridad para evitar deterioros o explosiones de las calderas. El cuerpo de una caldera está formado por todas las partes que tienen contacto con el agua que se va evaporizar o calentar, para una caldera pirotubular son las siguientes: ENVOLVENTE, TUBOS O FLUSHES, CAÑÓN, ESPEJOS.

Figura 5.- Corte de una caldera Cleaver Brooks, mostrando la cámara de combustión u hogar, la flama, los tubos o fluses, los pasos de los gases de combustión, el nivel del agua, manómetro y otros instrumentos para su seguridad y control. Superficie de intercambio de calor o superficie de calefacción es donde se da la transferencia de calor de los gases de combustión con el agua que se calienta para vaporizarse, es la superficie donde por un lado se tiene los gases de combustión y por el otro el agua.

La tubería por la que circulan los gases en las calderas pirotubulares o el agua en las acuotubulares es fundamental para una eficiente transferencia de calor. De la buena combustión y tratamiento de agua, así como de las características físicas del material de INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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intercambio de calor depende que el flujo de energía de los gases de combustión hacia el agua sea lo más eficiente posible. Aislante térmico de la caldera para disminuir las pérdidas de calor por radiación y convección de la superficie de la envolvente, alrededor de 5 cm de grosor de fibra de vidrio, lana mineral u cubierta de asbesto, es muy importante para obtener mejor eficiencia térmica de la caldera.

Figura 6.- Caldera pirotubular Cleaver Brooks, mostrando los instrumentos y accesorios principales para su operación y seguridad. El hogar de la caldera pirotubular es el espacio donde se produce la combustión del combustible y se encuentra formado por el cilindro metálico que forma el cañón, puede tener la superficie lisa o corrugada de acuerdo al diseño del fabricante y a la capacidad. Las calderas de tubos de humo o pirotubulares son utilizadas donde las exigencias de emplear vapor para los procesos o servicios es relativamente baja con respecto a las cantidades de vapor que producen las calderas acuotubulares y también las menores presiones con que se trabajan. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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La chimenea de la caldera es el ducto por el cual se trasiegan los gases de la combustión, que luego de intercambiar la mayor cantidad de su energía calorífica en los tubos del cañón para vaporizar el agua, se desalojan hacia la atmósfera en un lugar conveniente y seguro. Fotografía 8.- Vista posterior de una caldera pirotubular con cañón corrugado y el quemador en el fondo. El intercambiador de calor es un dispositivo o equipo donde dos fluidos; uno de mayor temperatura que el otro, estableciendo una diferencia de temperatura y al circular por él, se intercambian energía en forma de calor, pueden ser de dos tipos: El intercambiador de calor de mezcla cuando las masas de ambos fluidos se mezclan intercambiando sus energías entre sí. El intercambiador de superficie cuando las masas de los fluidos no se mezclan y una superficie de algún material se interponen entre ellos, pero permitiendo a través de su superficie el intercambio de energía en forma de calor.

Fotografía 9.- Vista de cuarto de calderas de una industria, se observan los quemadores de color rojo, las chimeneas y la limpieza que debe de imperar en el cuarto.


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Fotografías 10 y 11.-Vistas de una caldera vertical pirotubular marca Hurst con su instrumentación y accesorios para su operación segura y control adecuado, los tubos del intercambiador de calor están en posición vertical, el quemador y la flama están dirigidos hacia abajo, estas calderas requieren de menor espacio.

Figura 7.- Corte de perfil de una caldera pirotubular se ve el quemador, la flama en el hogar y la circulación de los gases de combustión por los tubos formando los tres pasos. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Calderas o generadores de vapor acuotubulares. Las calderas o generadores de vapor acuotubulares, son las que en donde el agua de forma líquida o de vapor circula en el interior de los tubos mientras intercambia calor con los gases de combustión o por radiación en los tubos que rodean el hogar del generador de vapor, está provisto de uno o varios domos que son cilindros herméticos metálicos donde se vaporiza el agua hasta vapor saturado y puede pasar al servicio o a un sobrecalentador de vapor, donde eleva su temperatura arriba de la de saturación obteniendo grados de sobrecalentamiento( vapor sobrecalentado), estos generadores de vapor o calderas acuotubulares son diseñados y construidos para obtener alta evaporación o producción de grandes cantidades de vapor, altas presiones hasta supercríticas, altas temperaturas y eficiencias, para esto cuenta con accesorios y equipos auxiliares para su operación y seguridad en su funcionamiento, como son: equipos en el sistema de combustión, los sobrecalentadores de vapor, el economizador, el precalentador de aire para la combustión, el sistema de alimentación de agua para la caldera, instrumentos de medición, de monitoreo y de control, instrumentos y dispositivos de seguridad; estas calderas se utilizan en las plantas termoeléctricas, en plantas industriales donde se requiera elevadas cantidades de vapor para sus procesos industriales, en plantas petroquímicas y refinerías, en los ingenios azucareros, etc. Estas calderas tambien están sujetas a las indicaciones de la Norma Mexicana 020 de la STPS y son construidas por el Codigo de la ASME.

Figura 8.- Corte de una caldera acuotubular de convección natural, para generar vapor saturado sin sobrecalentadores, utilizaba como combustible carbón y está provisto de ladrillos refractarios, el año de su construcción es en 1877. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Fotografía 7.- Cuerpo de la caldera acuotubular suspendido por la estructura metálica, el domo superior o de vapor en la parte más elevada, el domo inferior o de agua en la parte de abajo, se pueden ver los tubos que rodean el hogar y los convectivos donde en su interior circula el agua.

Fotografía 8.- Cuerpo de caldera o generador de vapor acuotubular, en el interior de los tubos se encuentra el agua en forma líquida para evaporarse en el domo superior o de vapor, los tubos son curvos y forman la superficie por radiación en el hogar y la convecctiva por los gases de combustión.


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Figura 10.- Esquema de una caldera acuotubular que utiliza como combustible el bagazo de la caña de azúcar para evaporar el agua y sobrecalentar el vapor para los procesos de refinación del azúcar y generar energía eléctrica en los ingenios azucareros.

Figura 11.- caldera acuotubular de una planta eléctrica carbonífera, comparar su tamaño con el del trabajador. La planta termoeléctrica Lopez Portillo en Cohuila México es carbonifera.


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Las calderas acuotubulares alcanzan alturas de 50 metros, la evaporación o producción de vapor se da en toneladas de vapor por hora, la potencia eléctrica generada es a niveles de 500 a 1000 Mega watts hasta mayores, se puede utilizar diferentes tipos de combustibles; el carbón como en la planta López Portillo en Monclova, Coahuila, combustóleo se utiliza en la mayoría de las termoeléctricas del país, gas natural cuando en el lugar se cuenta con un gasoducto las plantas termoeléctricas lo utilizan, también se utiliza la energía nuclear para la generación de vapor, única planta en México es la Planta Nuclear de Laguna Verde en el norte de Veracruz y las que consumen el bagazo de la caña de azúcar en los ingenios azucareros del país, también se encuentran calderas que aplican la energía solar concentrada mediante espejos.

Figura 12.- Caldera acuotubular de convección, forzada, provista de precalentador de agua, economizador, área radiactiva y convectiva de intercambio de calor, tiene sobrecalentadores y otros accesorios para el funcionamiento óptimo.

Fotografía 9.-Caldera acuotubular Cleaver Brooks, de convección natural vista de frente con sus instrumentos y el ventilador de tiro forzado, su capacidad es de 1000 caballos de caldera.


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Figura 13.- caldera acuotubular de convección forzada, es un serpentín monotubular de longitud de acuerdo a la capacidad, donde en su interior circula el agua impulsada por la bomba hasta vaporizarse en un cilindro vertical o separador de vapor, pueden estar provistas de sobrecalentadores para obtener vapor sobrecalentado.

Fotografía 10.- Vista aerea de una Planta Termoeléctrica, torres de enfriamiento y chimeneas y el edificio central donde están las turbinas, las calderas,condensador y cuarto de control, como otros equipos. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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DEFINICIONES PARA VAPOR DE AGUA VAPOR

Es el nombre que se da a una fase gaseosa que esta en contacto con la fase liquida o que esta en la vecindad de un estado en el que parte del mismo puede condensarse. Se trata de un gas imperfecto, y no se le da la clasificación de un gas ideal .

TEMPERATURA DE FUSIÓN

Es la temperatura donde el sólido cambia de fase, de sólido a líquido; se funde en un proceso de absorción de calor a temperatura constante desde el inicio hasta el final del proceso de fusión, esta temperatura depende de la presión en que se encuentra el sólido. En proceso de congelación (de líquido a sólido) se le denomina temperatura de congelamiento. Para hielo a la presión estándar de una atmósfera es de 0 °C, disminuye ligeramente con el aumento de la presión.

CALOR SENSIBLE

Es la cantidad de calor que se le agrega a una sustancia (o se le quita) y se refleja en un aumento de temperatura (o disminución) sin producir algún cambio de fase en el estado de la sustancia.

Q=mc∆T CALOR LATENTE

Es la cantidad de calor que se le agrega a una sustancia (o se le quita) sin producir algún cambio en su temperatura, pero todo el calor absorbido (o retirado) se aplica para un cambio de fase del estado en el que se encuentra la sustancia. Kcal/Kg

BTU/Kg

JOULE/Kg

CALOR LATENTE DE FUSION

Es la cantidad de calor necesaria de absorber por 1 Kg. de la sustancia en estado sólido a su temperatura de fusión hasta transformarse a su fase líquida, manteniendo constante su temperatura de fusión, durante el proceso. Para 1 Kg. de hielo a 0°C y a una presión de una atmósfera su calor latente de fusión es de 80 Kcal.

TEMPERATURA DE SATURACION O EBULLICIÓN Es la temperatura que alcanza el líquido cuando comienza a hervir, de acuerdo a la presión a que esta sujeto él líquido. A cada presión le corresponde una temperatura de saturación y el liquido no podrá incrementar su temperatura mayor a la de saturación que le corresponde a su presión aunque le agreguen mas calor, por esto se le denomina de saturación y su valor se mantiene constante durante el proceso de transformación de liquido a vapor. La temperatura de saturación depende de la presión a que se encuentre el líquido; para cada presión le corresponde su temperatura de saturación. A mayor presión, mayor temperatura de saturación y a menor presión, menor temperatura de saturación; para el agua a presión atmosférica es de 100 °C.


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CALOR LATENTE DE VAPORIZACION

Es la cantidad de calor que absorbe un Kg. de líquido a su temperatura de saturación o ebullición, necesario para cambiarlo de la fase liquida a vapor totalmente, a la misma temperatura de saturación. para el agua a presión atmosférica es de 540 Kcal/ Kg. de V.

LIQUIDO SUBENFRIADO

Se dice así, cuando la temperatura del líquido es menor a su temperatura de saturación correspondiente a la presión absoluta en que se encuentra el líquido.

VAPOR HUMEDO

Cuando el vapor está formado con partes de líquido y vapor, es decir, es una mezcla húmeda de líquido-vapor; formado por un porcentaje en peso de líquido y un porcentaje de peso en vapor. X = Calidad, es el porcentaje de peso del vapor. Y = Humedad, es el porcentaje de peso del líquido. X+Y=1

VAPOR SATURADO O SATURADO SECO

Es cuando el vapor está formado por vapor y no existe alguna traza de líquido, siendo su temperatura la de saturación que le corresponde a la presión a que se encuentra; por esto también se le dice saturado seco. Su calidad tiene el valor de la unidad y la humedad es cero. X=1 , Y=0

VAPOR SOBRECALENTADO

Es cuando la temperatura del vapor sea mayor que la temperatura de saturación correspondiente a la presión que se encuentra el vapor. GRADOS DE SOBRECALENTAMIENTO = Tvapor - Tsaturación

LIQUIDO SATURADO

Se le llama así, cuando la temperatura del líquido, es igual a la temperatura de saturación que le corresponde a la presión a que esta sujeto el líquido, es decir, cuando entra el líquido en proceso de ebullición y todavía no se ha producido alguna transformación a vapor, es decir la calidad es 0 y la humedad 1. TABLAS DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS. Las tablas de propiedades termodinámicas de vapor son las que presentan los valores de las propiedades del vapor de agua en las diferentes condiciones de estado, establecidas por la presión y temperatura del vapor, los valores han sido determinados por experimentos en laboratorios especializados. Las propiedades que encontramos en las tablas son temperatura, presión, volumen específico, energía interna, volumen específico, entalpía, entropía.


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Tabla de propiedades termodinámicas del vapor de agua saturada. Presión

Temperatura de saturación

Absoluta 2

°C

Kg/cm

Calor sensible del Calor latente de Calor total o agua o entalpía vaporización o entalpía del vapor del agua entalpía de saturado vaporización Kcal/kg. Kcal/kg. Kcal/kg.

Volumen específico del vapor saturado 1/kg

2

119.6

120.4

526.8

647.2

900.6

2.5

126.7

127.7

522.2

649.9

731

3

132.8

133.9

518.1

652

616.3

3.5

138.1

139.4

514.5

653.9

533.5

4

142.8

144.2

511.2

655.4

470.8

4.5

147.1

148.6

508.2

656.8

421.7

5

151

152.6

505.5

658.1

382

5.5

154.6

156.5

502.9

659.2

349.4

6

157.9

159.8

500.4

660.2

322

6.5

161.1

163

498.1

661.1

298.7

7

164

166.1

495.9

662

278.6

7.5

166.8

168.9

493.9

662.8

261.1

8

169.5

171.7

491.8

663.5

245.8

8.5

172

174.3

489.9

664.2

232.2

9

174.4

176.8

488.1

664.9

220

9.5

176.7

197.2

486.3

665.5

209.1

10

178.9

181.5

484.6

666.1

199.3

10.5

181

183.7

483

666.6

190.8

11

183.1

185.8

481.3

667.1

182.2

11.5

185

187.9

479.8

667.6

175

12

186.9

189.9

478.2

668.1

167.8

12.5

188.8

191.8

476.8

668.5

161.7

13

190.6

193.7

475.3

669

155.6

13.5

192.3

195.5

473.9

669.4

150.1

14

194

197.3

472.5

669.8

145.1

Tabla 2.1.- Propiedades termodinámicas del agua saturada para bajas presiones. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Calderas de aceite térmico.

Una caldera es un intercambiador de calor o un recipiente constituido básicamente por un hogar en el que se calienta un fluido caloportador(aceite térmico), a partir de una fuente energética que puede ser un quemador que utilice un combustible líquido o gaseoso, generando la combustión en un hogar el cual alberga:  En su perímetro: unos serpentines (según el diseño de cada fabricante serán 1, 2 ó 3) por los que circula un fluido caloportador,  y en el centro, una llama producida por un quemador externo al cuerpo, fuente de transmisión de calor por convección. En este tipo de calderas, el quemador estará instalado como fuente de calor principal y necesaria para calentar el fluido que aportará calor a unas máquinas o consumidores externos a la caldera. Será el quemador el que nos dé la potencia térmica de la caldera, que deberá estar diseñada para soportarla. El intercambiador de calor es un dispositivo o equipo donde dos fluidos; uno de mayor temperatura que el otro, estableciendo una diferencia de temperatura y al circular por él, se intercambian energía en forma de calor, pueden ser de dos tipos: El de mezcla cuando las masas de ambos fluidos se mezclan intercambiando sus energías y el de superficie, cuando las masas de los fluidos no se mezclan y una superficie de algún material se interponen entre ellos, pero permitiendo el intercambio de energía en forma de calor Otro elemento importante y también externo al cuerpo de la caldera es la bomba de impulsión del fluido térmico que estamos calentando. La bomba sirve para mantener un movimiento constante del fluido en el interior de los serpentines del hogar y también del circuito, así como para enviarlo caliente por éste último hasta cada máquina consumidora, etc. En cuanto al fluido empleado, éste tiene una doble función termodinámica: Su paso por el serpentín del hogar contribuye al enfriamiento del serpentín, el cual cede su calor al aceite como contrapartida: Se produce un intercambio térmico. De ahí que el diseño preferente para las calderas de aceite térmico sea el acuotubular que asegura una circulación constante, y no el pirotubular . Las calderas de aceite térmico, gracias a este fluido y al hecho de que soporta altas temperaturas y sin alcanzar su punto de ebullición, es decir su calentamiento no comporta un cambio de fase, trabajan a presiones muy bajas y en cambio pueden llegar a alcanzar temperaturas de servicio normales de 280 a 300 ºC. o más. Por otro lado, otra característica importante que las define, es el alto rendimiento global de la instalación que suele oscilar entre el 87 y el 90 %, en función de las temperaturas de trabajo . En los hoteles de la zona turistica de la Riviera Maya y Cancun, en el estado vecino de Quintana Roo se ha incrementado el uso de estas calderas, los operadores y el personal de mantenimiento ya tienen el conocimiento y la experiencia para trabajar con calderas de aceites térmicos, cada vez se incrementa su uso y están penetrando más en el mercado .


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Aceite Térmico y sus Ventajas Tipos de lubricantes • • •

Líquidos………………….aceites Semilíquidos……………grasa Sólidos…………………….grafito

Los tres tipos se derivan de fluidos base de: Vegetales, Minerales y Sintéticos los lubricantes sintéticos y aceites térmicos o fluidos térmicos, se fabrican específicamente para soportar las condiciones extremas principalmente con las temperaturas elevadas en la que los aceites convencionales pueden fallar. Así poseen características estables como la viscosidad, la conductividad térmica, capacidad calorífica específica, teniendo mejor estabilidad que los aceites minerales. Una sustancia que deba ser usada como portadora de calor, deberá satisfacer inicialmente las siguientes condiciones: Ser barata y de fácil obtención Buena estabilidad térmica No debe atacar a los materiales de construcción del sistema Baja volatilidad Buenas propiedades de transferencia de calor Bajo punto de solidificación y baja viscosidad • • • • • •

Según su origen y características, se distingue entre fluidos térmicos de tipo sintético y de tipo mineral. El primer grupo se halla formado por derivados del petróleo a los que se ha aditivado con el fin de conseguir una mejora en determinadas propiedades. Los aceites térmicos de tipo mineral son combinaciones de hidrocarburos también aditivados, siendo la diferencia básica entre ambos grupos el rango de temperaturas de trabajo, más elevado en los aceites térmicos de tipo sintético. La tecnología del fluido térmico es conceptualmente muy simple y ha irrumpido con fuerza en todos los sectores y procesos industriales Con los agentes transmisores de calor de tipo orgánico, también llamados fluidos térmicos, es posible operar con presiones muy bajas, dentro de una gama de temperaturas hasta 350 ºC. Los problemas de corrosión son inexistentes, y su bajo riesgo posibilita la ubicación de las calderas en las propias naves de trabajo sin necesidades de obra civil especial. Por otro lado, al trabajar siempre en fase líquida, sin cambios de estado durante el proceso, conlleva un ahorro energético importante en comparación con el tradicional y convencional circuito de vapor (pérdidas entálpicas de los condensados). Las ventajas del fluido térmico son notables en términos económicos y de mantenimiento Desde la fabricación e instalación de los primeros generadores de fluido térmico hacia los sesenta, la aplicación de calderas que utilizan esta tecnología no ha dejado de desarrollarse.


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Actualmente, el aceite térmico es la alternativa tecnológica más apropiada para todo tipo de industria donde se precise del calentamiento indirecto, ya que no exige un nivel alto de mantenimiento como sucede con las calderas de vapor. Se trata de equipos que trabajan sin presión y sin agua, lo que evita gran parte de la problemática del vapor: fugas, corrosiones, tratamiento de agua, etc., y que conllevan a un elevado grado de mantenimiento. Además, la durabilidad de los equipos y las instalaciones es prácticamente ilimitada, pudiéndose aplicar en todo tipo de sectores: químico, petroquímico, alimentario, hotelero, hospitalario, automotriz, plástico, farmacéutico. Originalmente los primeros procesos que usaron aceite térmico fueron aquellos que requerían elevadas temperaturas de calentamiento. Dicho de otro modo, aquellos procesos donde la aplicación del vapor no representaba una alternativa cómoda. De esta forma, fueron ganado terreno las calderas de aceite térmico, dado que a ese nivel de temperaturas - por tratarse de equipos sin presión (o con la presión de la bomba de recirculación, pero en general a unos 3 bar)- representaban una opción más simple y más económica. Desde esa época hasta hoy, diseños, técnicas de fabricación, rendimientos, equipos de combustión, bombas, etc. no han parado de evolucionar y han conferido nuevos campos de aplicación en sectores donde la máxima seguridad y fiabilidad son imperativas. De esta forma, si bien mencionábamos que en su origen estos equipos se utilizaron principalmente en aquellos casos en que las temperaturas elevadas representaban una barrera para el vapor, ahora la industria moderna utiliza estos equipos incluso en los casos en que las temperaturas son relativamente bajas (alrededor de los 100 ºC). El motivo es que a pesar de que el vapor sigue siendo una opción tradicional y válida, las ventajas del fluido térmico son notables en términos sobre todo económicos y de mantenimiento. La ausencia de agua, y por consiguiente, de corrosión y/o oxidación, evita por una parte todos los procesos relacionados con el tratamiento de agua: descalcificación, desmineralización, corrección de pH, etc. Pero por otra parte y, esto es todavía más importante, se evitan todos los trabajos de mantenimiento relacionados con las inevitables deficiencias de tratar con vapor: reparación y sustitución de purgadores, fugas de vapor en la instalación, corrosión en válvulas, consumidores y aparatos, etc. Se trata de equipos que trabajan sin presión y sin agua, lo que evita gran parte de la problemática que presenta las calderas de vapor. Almacenamiento del Fluido. Los sellos de seguridad deben mantenerse intactos hasta que el fluido este listo para usar. No se debe permitir acumulación de líquidos sobre las tapas de los tambores. Por la tarde y la noche cuando las temperaturas sean mas bajas, el fluido de transferencia térmica se enfriará y contraerá levemente, creando un vacío parcial en el tambor capaz de succionar cualquier líquido acumulado en la tapa del mismo si no se cuenta con el sello adecuado, contaminando así el fluido. Si los tambores temporalmente deben ser almacenados fuera, se deben almacenar de forma horizontal. Los tambores del fluido de transferencia térmica se deben mantener en áreas secas no-peligrosas

Limpieza del Sistema Para asegurar el óptimo funcionamiento tanto del sistema como del fluido de transferencia térmica, se sugiere que toda la tubería, válvulas y demás componentes estén absolutamente limpios antes de proceder con la instalación. Residuos de fundición, INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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salpicaduras de soldadura, escoria, aceites quemados, lacas protectoras, capas de barniz, el polvo y la suciedad pueden causar degradación del fluido y dañar las bombas y las válvulas. Si estos contaminantes se depositan en el sistema, reducen el flujo del fluido y causan fallas prematuras en el sistema y el fluido mismo.

Figura 14 .- Corte de una Caldera de aceite térmico Pirobloc de tres pasos, con un intercambiador monotubular en serpertin

Purga del Sistema con Gas Inerte Inmediatamente después de terminar la instalación del sistema, se sugiere purgarlo con gas inerte, con el objeto de eliminar aire y vapor de agua y así reducir substancialmente la corrosión. Mientras se efectúa la purga, usted puede comprobar la hermeticidad del sistema, usando el método de burbujas de jabón para detectar fugas/escapes. De esta INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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manera al cargar el sistema con el fluido térmico, cualquier gas que haya quedado disuelto en el mismo será inerte y la oxidación del fluido en el arranque será prácticamente nula.

Cargar el sistema. Para cargar el sistema se sugiere llenarlo desde la parte más baja(un punto cercano a la bomba de succión), utilizando para ello la bomba de desplazamiento positivo y no la bomba del sistema. Al cargar el sistema desde su punto más bajo se reduce substancialmente la incorporación de burbujas de gas en el fluido y la resultante cavita ción de la bomba del sistema

Desechar el Fluido Térmico. Los fluidos de transferencia térmica de Paratherm se producen a base de materias primas naturales, por lo cual son excepcionalmente seguros de utilizar y fáciles de desechar. Ya usados o contaminados, los fluidos de Paratherm pueden ser combinados de manera segura con aceites lubricantes gastados y ser reciclados ( cita 57FR21524 de la EPA). Paratherm sugiere e insiste en el reciclaje del fluido de transferencia térmica usado, con el objetivo primordial de conservar los recursos naturales y minimizar el problema de su disposición en rellenos sanitarios. A este respecto se sugiere la verificación de las regulaciones federales, estatales y locales. (nota: los fluidos contaminados con solventes tratados con cloro u otros materiales regulados pueden requerir manejo especial y no ser aceptados por recicladores)

Fotografía 11 .-Cuarto de máquinas con calderas horizontales de aceites térmicos Pirobloc. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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12 y 13.- Calderas de aceites térmicos piroblock de acero al carbón y de acero inoxidable de frabicación de PIROBLOC. Los serpentines de las calderas de aceites térmicos se diseñan y construyen sin costuras, para evitar las fricciones de superficies con costuras y producir turbulencias excesivas por las velocidades que alcanza el fluido, generando caida de eficiencia en la circulación del fluido térmico.


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Fotografía 14 .-Instalación de intercambiadores de calor en un cuarto de máquinas, se ven los accesorios; el tablero de control, el tren motor-bomba, la válvula de control de flujo, las entradas y salidas del fluido térmico a los intercambiadores .

Figura 16.- Vista de corte de un intercambiador de calor, con susu válvulas de seguridad y otros accesorios, se construyen también de acero inoxidable. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Figuras 17 y 18.- Vistas de cortes del interior de calderas de aceites térmicos, se presentan los serpentines que forman la superficie de calefacción y los flujos de los productos de la combustión, se estiman porcentajes de eficiencia más altos en la transmisión de calor en estos sistemas, argumentan los fabricantes .


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Fotografía 15.- de una caldera OXMAN instalada y se ven el tablero de controlen primer plano, los manómetros de entrada y de salida, los presostatos, la parte de atrás esta la bomba de recirculación con el motor eléctrico y toda la tubería que integran el sistema de calefacción de la caldera de aceite térmico .

Fotografía 16.- Calderas de aceites térmicos de estructura cuadrada, los serpentines.


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Figura 18.- Diagrama que muestra una instalación típica de una caldera de aceite térmico y sus equipos que lo integran.

Fotografía 17.- caldera de aceite térmico, se ve el tablero de control,la válvula de seguridad y otros.


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Capitulo II.- ¿Por que explotan las calderas?.

SEGURIDAD EN CALDERAS Los trabajadores que operan y hacen el mantenimiento a calderas saben que éstas son potencialmente peligrosas. Las calderas son recipientes cerrados con quemadores de gas o combustibles líquidos que calientan agua u otros líquidos para generar vapor. El vapor está a presión y sobrecalentado, y se usa para generar electricidad, para calefacción o para otros propósitos industriales. Aunque las calderas normalmente están equipadas con una válvula de seguridad para aliviar la sobrepresión, si la caldera no puede resistir la presión, la energía que contiene el vapor se libera instantáneamente. Esta combinación de metal explotando y vapor sobrecalentado puede ser extremadamente peligrosa para las personas, equipo einstalaciones. Estrictamente sólo trabajadores autorizados y debidamente capacitados deben operar las calderas. Los trabajadores deben conocer y estudiar bien el manual de operación y las instrucciones del fabricante de la caldera;que se encuentran en los que proporcionan. Los operadores de calderas deben inspeccionar las calderas con frecuencia en búsqueda de fugas, combustión correcta, funcionamiento de los dispositivos de seguridad e indicadores o instrumentos d medición, así como otras funciones. Muchas calderas viejas, así como las tuberías de vapor o agua caliente pueden tener recubrimientos aisladores, enrollados o forros de asbesto. Los trabajadores deben inspeccionar esas áreas periódicamente para asegurarse de que los materiales no estén dañados, que no se estén descascarando y que no estén deteriorados. Deben reportarse la existencia de materiales dañados y deben repararse o eliminarse de inmediato por un contratista certificado para trabajos en asbesto. Indicios de superficies rajadas, prominencias, corrosión u otras deformidades deben ser reparadas de inmediato por un técnico autorizado. Los registros diarios detallados de la operación y el mantenimiento de la caldera pueden ayudar a asegurar su seguridad. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Las calderas deben siempre conectarse lentamente, y nunca se debe inyectar agua fría a un sistema caliente. Cambios súbitos de temperatura pueden torcer o quebrar la caldera. Debido a que muchas calderas queman gas natural, combustible diesel o petróleo, es necesario tomar precauciones especiales. Los operadores de calderas deben asegurar que el sistema de combustible, incluyendo las válvulas, tuberías y tanques, estén funcionando correctamente y sin fugas. Para prevenir explosiones en la caldera, es imperativo que los operadores purguen la caldera antes de encender el quemador. Los trabajadores deben verificar la relación de aire a combustible, la condición del tiro y la llama para asegurarse de que ésta no sea demasiado alta ni que eche humo. Los sistemas de ventilación también deben inspeccionarse y mantenerse para asegurar que los gases producto de la combustión no se acumulen en la sala de calderas. El área que rodea a la caldera debe mantenerse libre de polvo y desperdicios, y no se deben almacenar materiales combustibles cerca de ninguna caldera. Los pisos a menudo son de concreto sellado y pueden ser muy resbalosos cuando están mojados. Los derrames deben trapearse o limpiarse de inmediato. Asegúrese de que haya suficiente iluminación y que cualquier lámpara defectuosa se repare de inmediato. Debido a que las calderas tienen superficies calientes, debe haber suficiente espacio a su alrededor para que los trabajadores puedan moverse en la sala de calderas. Las salas de calderas pueden ser ruidosas, por lo tanto el área debe estar identificada como tal y los trabajadores deben usar protectores para los oídos cuando trabajen dentro de la sala de calderas. Se les permitirá únicamente a los técnicos autorizados hacer reparaciones en las calderas. El personal de reparación debe usar equipos de protección personal, tales como cascos, guantes para trabajo pesado, protección para los ojos y overoles. Cuando entren en una caldera para efectuar reparaciones o tareas de mantenimiento, los trabajadores de reparación de calderas deben tratarla como un espacio cerrado que requiere permisos. Cuando se para una caldera para reparaciones, todas las fuentes de energía deben desconectarse usando procedimientos de bloqueo (Lock-out / Tag-out), y los residuos de presión en tuberías de vapor, agua y combustible deben aliviarse siguiendo los procedimientos correctos de vaciado y bloqueo, o taponamiento.

PRINCIPALES MEDIDAS DE SEGURIDAD EN LA OPERACIÓN DE UNA CALDERA C ALDERA (Por Que Explotan Las Calderas) Las calderas modernas se construyen según normas de fabricación de prestigio internacional y van provistas de equipos automáticos de operación y seguridad, haciendo pensar a algunos usuarios que ellas no requieren la atención de expertos. Ponen sus unidades en manos de gente con poca experiencia que no sigue las buenas reglas de operación y mantenimiento en forma debida. Muchos de ellos se figuran que su caldera al ser completamente automática, está protegida contra accidentes, sin comprender que todo recipiente a presión bajo fuego es potencialmente peligroso y que los controles automáticos no sustituyen a las reglas que indican la Normas de seguridad.


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1.- Bajo nivel de agua. Las estadísticas de los accidentes nos indican que la mayor parte de ellos se debe al bajo nivel de agua que provoca Sobrecalentamiento y debilitamiento de los tubos, hundimiento del hogar y en algunas ocasiones, la destrucción total de la caldera por una explosión desastrosa que produce graves pérdidas. La mayoría de las calderas, entre uno de tantos accesorios, se equipan de sistemas automáticos y de controles contra-combustible por bajo nivel para que puedan operar correctamente y protegerlas contra Sobrecalentamiento en fallas comunes. Esto a algunos usuarios les da una falsa sensación de seguridad y parecen no preocuparse más al ver su funcionamiento ordinario y normal. Los sistemas automáticos de alimentación de agua, igual que cualquier otro aparato automático, funcionará bien tal vez mil veces, tal vez cientos de veces más, pero algún día, tarde o temprano, fallarán con resultados desastrosos. Gran número de operadores suponen erróneamente que pueden probar el sistema de corta combustible en forma adecuada, vaciando exclusivamente la cámara del flotador, pero la válvula de purga correspondiente solamente drena los sedimentos acumulados en la cámara. En la mayor parte de los casos, el flotador caerá súbitamente al abrirse la purga, debido a la súbita salida del agua en la cámara del flotador. Cualquier perito en calderas puede citar numerosas experiencias en las cuales el sistema corta-combustible ha funcionado satisfactoriamente al vaciarse la cámara del flotador, pero al probarlo correctamente, drenando la caldera en operación, ha dejado de funcionar.

2.- Combustible en el Hogar. El estudio de explosiones, nos indica que un renglón muy importante lo cubren las explosiones en los hogares de las calderas. Las explosiones de lado del fuego se producen básicamente por la falta de un prepurgas y post-purga adecuada en el barrido de gases o bien por la anormal dosificación de combustible al iniciarse un ciclo de operación. La función de la pre-purga es la eliminación de vestigios indeseables de combustible y comburente antes de alimentar los pilotos de combustión. Operadores con poca experiencia o exceso de confianza han reducido o eliminado intencionalmente el tiempo de pre-purga en una caldera, teniendo la desgracia de pagar con su vida su ignorancia o imprudencia. Esta clase de accidentes es más común en las unidades que queman gas natural. En este punto se puede advertir que es necesario tener la absoluta seguridad de que antes de iniciar un ciclo de operación por cualquier medio, debe existir una intensa pre-purga que elimine el riesgo de explosión en el hogar y que puede ser tanto o más desastrosa que la explosión del propio recipiente a presión. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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3.- Válvulas de seguridad . Es impresionante la sencillez de una válvula de seguridad comparada con el gran servicio preventivo que da a una caldera. Buena proporción de explosiones son originadas por falta de protección contra un exceso de presión. Ciertos tipos de válvulas válvulas de seguridad presentan defectos que después de un corto período de funcionamiento del disco tiende a pegarse llegando a inutilizarla. La falta de observación y acción preventiva en el “lagrimeo” de una válvula de seguridad, así como la ausencia de revisiones y pruebas periódicas, favorecen la acumulación excesiva de materias extrañas que pegan el asiento de las válvulas.

Un usuario de calderas estará confiado en que ha tomado todas las medidas de seguridad posibles para evitar fallas desastrosas cuando: a) Ha obtenido el mejor equipo en el mercado para un servicio específico. b) Ha instalado adecuadamente su caldera cumpliendo con los reglamentos y normas. c) Ha exigido el examen de su instalación por parte de un especialista de reconocida competencia, un inspector oficial y una compañía de seguros. d) Ha empleado su mejor juicio al contratar los operadores de su caldera. e) Lleva correctamente el libro diario, anotando las pruebas de carácter preventivo. Se pueden aceptar tranquilamente las responsabilidades de una caldera con operación digna de Confianza, pero la SEGURIDAD, CONFIABILIDAD Y EFICIENCIA DE OPERACIÓN solamente pueden conservarse con un programa básico de mantenimiento. Es indiscutible que las calderas y recipientes sujetos a presión representan riesgos, tanto en vidas como en las fincas. Tan es así, que existen normas para su construcción y reglamentos para su instalación, operación y mantenimiento. Todas ellas con intervención de autoridades, agrupaciones de ingenieros y compañías de seguros. La confiabilidad de una caldera no depende exclusivamente de su fabricante. El fabricante de calderas al cumplir fielmente con las normas de construcción universalmente universalment e reconocidas, salva totalmente su responsabilidad. El montador que observa los reglamentos y normas de instalación también puede olvidarse de los riesgos que representa una caldera, pero el que la opera tiene una responsabilidad permanente y nunca puede dejar de pensar en los cuidados a seguir para mantener condiciones óptimas de seguridad.

Algunos usuarios u operadores están muy confiados con su caldera, siempre les ha trabajado perfectamente. Veamos algunos casos de gente que desafortunadamente sin base firme estaba muy confiada. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Si la caldera es totalmente automática, esto no quiere decir que el operador no debe tomar cuidado en la operación de la misma. Las calderas poseen INSTRUMENTOS neumáticos y electrónicos que pueden ser graficadores o indicadores, tales como: termómetros, medidores de bióxido de carbono, medidores de oxígeno, medidores de vapor, de nivel de agua, combustible, etc. Un sinnúmero de CONTROLES DE OPERACIÓN para el manejo de combustible, de agua de alimentación y de vapor o agua caliente, y otros grupos de CONTROLES DE SEGURIDAD tales como: Interruptor límite de presión o interruptor límite de temperatura. Interruptor de corte por bajo nivel de agua. Sistema de corte por falla de flama. Control de ignición automático. Válvulas controladoras de combustible. Controles interruptores de presión de aire y de combustible. Controles reguladores del agua de alimentación. Actualmente ya no se fabrican unidades de operación manual, todas son automáticas. Sus instrumentos y controles han contribuido enormemente en auxilio y seguridad del hombre en fuertes incrementos de eficiencia, pero todavía no han eliminado el criterio y buen juicio del hombre.

Una consecuencia de mala operación de una caldera, es la explosión.

Tal vez usted conozca muchas razones por las que explotan las calderas y también sepa prevenirlas y controlarlas, pero el exceso de confianza nos puede traicionar. Vale

la pena hacer un examen concienzudo de nuestra situación y ver otras experiencias que hayan sucedido en otros lugares y a otros operadores.

LAS EXPLOSIONES DE CALDERAS TIENEN DOS ORIGENES: 1) CAMARA DE FUEGO. 2) CAMARA DE VAPOR O AGUA CALIENTE. La magnitud de las explosiones de la cámara de fuego, podemos agruparla en: Sin daños (Toritos). Con daños interiores en la caldera solamente. Con daños interiores a la caldera y la propiedad en general con desastrosas consecuencias. Exactamente la misma causa nos puede hacer pasar de una situación a otra de mucho mayores consecuencias. Los elementos necesarios para que suceda una explosión en la cámara de fuego u hogar son: Combustible derramado o acumulado en el horno. También exceso de escoria. Aire en proporción inadecuada. Fuentes de ignición tales como: pared de horno caliente, tiempo reducido de purgas o falla del mismo sistema de ignición. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Empíricamente se ha observado que cargas de aire-combustible en proporciones que varían de 5 a 15 partes de aire por una de combustible y en cantidades superiores a 30% del que se puede quemar en régimen normal, son cargas consideradas como factibles de explotar fácilmente. Día a día el número de explosiones en los hogares van en aumento. Esto obedece a que actualmente se construyan calderas más grandes con quemadores muchos mayores. Los hogares tienen condiciones más críticas, la caldera es más grande y el hogar más pequeño. Calderas con paredes de agua que tienen h ornos relativamente más “fríos”. Redes más amplias de gasoductos lógicamente con mayor repercusión de sus propios problemas. Entre las causas que provocan las explosiones en los hogares podemos citar las siguientes: Falla de flama ocasionada por la entrada de líquidos o gases inertes al sistema de combustible. Prepurga insuficiente antes del encendido. Errores humanos. Falla de los controles de flujo de combustible. Fugas o goteos en las válvulas de corte de combustible. Relación desproporcionada aire-combustible. Falla del sistema de abastecimiento del combustible. Problemas o pérdidas de tiro. Falla de los pilotos de ignición. Fomentamos o creamos un peligro potencial cuando tenemos fallas o insuficiencias en la alimentación de combustible. Válvulas solenoide defectuosas. Programación de tiempo insuficiente para ignición. Exceso de hollín (mala combustión). Contactos de los controles rotos o sucios. Para evitar explosiones en el horno tome las siguientes precauciones: 

      



1.- Revise la operación de la caldera periódicamente. 2.- Si su quemador se apaga sin razón aparente, desconecte el interruptor de encendido. Después con el ventilador de tiro forzado haga un verdadero, efectivo y juicioso barrido de gases en la cámara de combustión. SIEMPRE determine las causas y el remedio de paro del quemador .

3.- Mantenga el quemador y accesorios acce sorios realmente limpios. de

4.- Calderas con ventilador de tipo forzado y tiro inducido, pruebe su programación arranque y parado de motores periódicamente.

5.- No trate de lograr el máximo de bióxido de carbono partiendo de una mezcla rica. 6.- Mantenga la temperatura del combustible a nivel correcto. 7.- Nunca permita condiciones de flama inestables sin corrección oportuna. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Los quemadores de gas merecen una atención mucho muy especial y voy a citar algunas causas de explosiones particulares para este tipo de quemadores y formas de prevenirlas: CUANDO tenga algunas fallas de los controles de dosificación automática de combustible, tales como: fugas de válvulas, proporción desbalanceada aire-combustible, falla de ventiladores y compuertas: COMPRUEBE el control automático por: Baja presión de combustible, alta presión de combustible, pérdida de presión de aire de los instrumentos, pérdida de presión en los ventiladores, falla de energía eléctrica y corte por bajo nivel de agua. CUANDO tenga purgas del hogar insuficiente o falta de ella, ASEGURE una purga adecuada haciendo lo siguiente: cierre todas las válvulas del piloto de gas, cierre todas las válvulas del quemador de aire, un tiempo programado. SI TIENE falla de flama o falla del piloto de gas, ESTE SEGURO que la flama ha fallado haciendo lo siguiente: Revise la posición de las válvulas de combustible, para ver si hay alguna cerrada; revise el detector de la flama sacándolo y accionándolo con otra fuente de radiación; revise la proporción, aire-combustible; revise el transformador de ignición y piloto.

Explosiones en la cámara de vapor o agua caliente . Veamos lo que significa una explosión de este tipo mediante un simple cálculo. Las explosiones en la cámara de vapor o agua caliente suceden porque nos pueda ocurrir cualquier cosa de estas:   



 

Falla de la válvula de seguridad. Corrosión de partes metálicas sujetas a presión. Sobrecalentamiento de partes incrustadas. Sobrecalentamiento en los dobleces de los tubos. Adelgazamiento de partes vitales a presión ocasionadas por contracciones y expansiones. Fragilización cáustica. Bajo nivel de agua.

Cuando ha ocurrido una falla en la válvula de seguridad o válvula de alivio, que son nuestros últimos y principales dispositivos de seguridad para las sobrepresiones en el interior de la caldera o recipientes sujetos a presión, significa que antes han ocurrido otras fallas tales como: 

     

Contactos fundidos en controles límite de presión de vapor, el quemador continúa en operación. Cables a tierra o cortocircuito, también ocurre que alguna terminal esté suelta. Circuito eléctrico húmedo, ocurre después del lavado de la caldera. Escape continuo de las válvulas de alimentación de combustible. Alguna desviación (by-pass) abierto de la línea de combustible. Tubería de control de presión obstruida. Termostato incrustado.


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Bajo nivel de agua. El tipo de siniestro más frecuente hoy en día, es la falsa indicación de nivel interior de agua en la caldera y su correspondiente control. Esto obedece a que no se purgan correctamente las columnas de nivel, obstruyéndose su conexión a la caldera con sarro y lodo. Al lavarse interiormente la unidad, no se hace con esmero el lavado interior de la columna, ni se inspeccionan cuidadosamente las condiciones reales de funcionamiento de sus controles. Ocurre que hay lodo y sarro en la conexión y dentro de la cámara del flotador. Los diafragmas se endurecen por ensarramiento acelerado al existir alguna picadura. Los conductores eléctricos a las cápsulas de mercurio con aislamiento de plástico por el calor se endurecen, pierden flexibilidad e impiden el libre movimiento de las cápsulas de mercurio. Tratando de impedir esta clase de siniestro se instalan columnas auxiliares o electrodos en el interior de la caldera. La práctica ha demostrado que estos intentos de doble protección no son la solución. Si no se tiene cuidado con una columna, tampoco se tiene con dos y aunque algunas veces la señal de corte de la segunda columna ha sido una voz de alarma, en la generalidad de los casos, únicamente se ha diferido la fecha del siniestro.

Conocimientos débiles.

A los operadores de calderas que tienen someros conocimientos de su caldera se les recomienda que a pesar de las presiones como del Depto. De Producción, nunca bloqueen los relevadores con palos u otras cosas. Si el instructivo de operación no lo indica, nunca opere manualmente los programadores y relevadores; nunca reduzca el tiempo de barrido inicial del horno; nunca instale “puentes” en interruptores límite de los controles de seguridad, no intente encender su caldera si antes no ha observado el horno en el fin de la jornada, no deje abiertas las válvulas principales de combustible ni deje energizado el circuito automático al parar su caldera. Nunca se pare frente al quemador al hacer el primer intento de encendido. Estas han sido causas de explosiones, confíe en los expertos.

Para operar su caldera con seguridad siga estas recomendaciones: Medite sobre cada caso señalado anteriormente a grandes rasgos y compárelo con su caso particular. No se confíe. Los controles dan falsa sensación de seguridad. 

Conozca su caldera.



No trate de accionar un control mientras no la conozca.



Use su buen juicio para operar la caldera y/o seleccionar su fogonero.


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

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Siga su programa de mantenimiento bien definido.

Ejemplo de la potencia liberada en una explosión de caldera . Consideremos una caldera de 100 caballos trabajando a 125 lbs/pulg2 man. La caldera contiene 5085 lbs. De agua. 

Conteniendo de calor de agua a presión de 125 lbs.: 5085 x 325 = 1.652,625 Btu. Con el abatimiento de presión instantánea que tiene un contenido de: 5085 x 180= 915,300 Btu. La energía utilizada en la explosión es la diferencia de:

1.652,625 – 915,300 = 737,325 Btu . Multiplicado por el equivalente mecánico del calor tenemos:

737,325 x 778 = 574, 000,000 lbs. pies. Esta cantidad de energía equivale al impacto que produce un carro de ferrocarril de 50 toneladas. Cayendo de una altura de 5740 pies (o sean 1750 mts.). En una explosión de caldera la energía que utiliza en una hora se libera en menos de un segundo, es decir 3600 veces más potente que la potencia indicada de la caldera. Fotografía 18 .- Muestra los daños ocasionados por la explosión de una caldera, dañando y destruyendo todo lo que tiene alrededor.


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Fotografía 19.-Se ven los daños producidos por una explosión de calderas

Fotografía 20.- Imagen de los daños desastrosos que puede ocasionar una explosión de caldera.

Cuando sucede un accidente de explosión de una caldera los daños que ocasiona es en el equipo y los que están cerca, a las instalaciones y lo más lamentable a las personas que son daños irreparables.


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Figura 19.- Muestra la cruz donde se incrustan los sedimentos de sarro y lodos, cuando no se les da limpieza y se tiene descuidado el tratamiento de agua, la mayoría de los accidentes de calderas se debe al taponamiento por las incrustaciones en las cruces.

Fotografía 21.Daños ocasionados por una fuerte acumulación de combustible en el hogar y producir una explosión conocidas como toros y pueden ocasionar grandes daños.


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Fotografía 22.-Explosión desastrosa de una caldera con daños considerables a las instalaciones de la industria.

Fotografía 23.- Edificio derrumbado por explosión de una caldera.

DOS SITUACIONES MUY IMPORTANTES PARA LA OPERACIÓN Y FUNCIONAMIENTO SEGURO DE UNA CALDERA, ES LA DE MANTENERLA SIEMPRE CARBURADA Y CON UN EXCELENTE CONTROL DEL TRATAMIENTO DE AGUAS. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Fotografía 24 .- Daños ocasionados por la explosión de una caldera Cuatro heridos (preliminarmente), tres de ellos de gravedad, dejó como saldo la explosión de una caldera en una tintorería situada sobre las calles Tacuary entre Tte. Fariña y República de Colombia, de Asunción.

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El Hospital Clínico Quirúrgico Hermanos Ameijeiras, sufrió al filo de las 10:00 am, del 12 de octubre, un incendio tras la explosión de una de las calderas de vapor ubicadas en el sótano por falta de mantenimiento, sin lamentar la perdida de vidas humanas, mientras los medios de información omitieron el suceso. Según trabajadores de la instalación hospitalaria llevaban presentando problemas con la elaboración de los alimentos por desperfectos en las calderas de vapor que no recibían mantenimiento, en el horario de las 10:00 am una estruendosa explosión en el sótano daba inicio a un incendio clasificado.

Fotografía 25.- Vista en el momento de la explosión.


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CARACTERISTICAS DE LAS CALDERAS PIROTUBULARES FABRICADAS EN MÉXICO Y SE UTILIZAN EN LAS INDUSTRIAS, HOSPITALES Y HOTELES.

MARCA CLEAVER BROOKS SELMEC

CAPACIDAD 

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De 5 A 1500 HP

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MIRGGO

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De 80 A1000 HP

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CARACTERISTICAS Unidad generadora de cuatro pasos de los gases de combustión, operación automática. La caldera esta montada sobre una base de acero estructural. quemador ecológico de alta eficiencia y tipo de modulación (8:1 combustibles líquidos, 10:1 gas) con operación silenciosa. Cumple con los niveles máximos permisibles de emisiones de contaminantes que marca la norma vigente para fuentes fijas NOM- ECOL 085. Alimentación eléctrica de corriente alterna de 220 v o 440 v 60 Hz, 1 fase para el circuito de control. Eficiencia térmica del combustible- vapor de 85% al 100% de la carga. Construida y estampada con código Asme. Combustibles disponibles: Gas LP, Diesel, Combustoleo, combinación.

Diseño balanceado de 3 pasos Calidad internacional con la certificación de la American Society of Mechanical Engineers (A.S.M.E.) Quemadores de alta tecnología marca industrial combustión que proporcionan una excelente y limpia combustión. Caldera tipo paquete donde el quemador y accesorios se encuentran instalados y conectados eléctrica y mecánicamente. Cámara de combustión húmeda que actúa como superficie de calefacción. Fogón corrugado que provee una combustión completa y una máxima transferencia de calor. Seguridad de operación computarizada contra falla de flama. Facilidad de mantenimiento.

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BURNHAM

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DE 20 A 1200 HP

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POWERMASTER

DE 80 A 1200 HP.

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Calderas pirotubulares de tres pasos y espalda húmeda (wet back). Diseño eficiente que elimina el refractario trasero (ahorro en mantenimiento). Presión de diseño/capacidad (15-300 psi) en vapor y (30-150 psi) agua caliente. Quemadores de bajo NOx (menos de 25 ppm NOx y 15 ppm CO2). Vapor seco de alta calidad.

Alta presión: hasta 21 Kg/cm (300 psi) asme sección i. Temperatura: hasta 216 °C. Servicio: vapor saturado seco. Combustible: Diesel, Gasóleo, Combustóleo, Gas LP., Gas natural o Duales. Baja presión: vapor 15 psi y hot water por ASME. Caldera de tubos de humo de tres pasos, tipo wet-back. Diseño y fabricación con estricto apego al código ASME. Tubo cañón corrugado en caliente y de bajo coeficiente de fatiga por calor (larga vida útil). Panel de control integrado. Operación automática. Cámara de retorno de gases de combustión totalmente enfriada por agua (wet-back). Puertas delanteras y traseras embisagradas para fácil acceso a las cámaras de humo. Compuertas de alivio de presión de gases de combustión. Base de acero estructural, escalerilla y plataforma de servicio. Cumplen ampliamente con la NOM-085-ECOL-1994.

TABLA .- MARCAS Y CAPACIDADES DE CALDERAS UTILIZADAS EN MEXICO


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CAPITULO III.-ACCESORIOS DE CALDERAS PIROTUBULARES 7. Motor del ventilador 31. Transformador de ignición 38. Válvula de solenoide (Primaria) 51. Control de bajo nivel de agua 86. Válvula de seguridad 88. Válvula de prueba 96. Purga cristal de nivel 97. Válvula de purga columna de agua 114. Manómetro para la presión del vapor 120. Compuerta aire secundario 129. Grifos de prueba de nivel 142. Conexión de suministro de combustible 152. Base de chimenea y termómetro de gases 202. Bomba de combustible (Dos Pasos) 259. Válvula de retención 359. Válvula de drenaje 558. Aislador 922. T para cebado

Figura 20 y 21.Calderas pirotubulares CLEAVER BROOKS que muestran los accesorios de medición, control, seguridad y operación básicos que normalmente tienen.


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Figura 22 y 23.- Diagramas de nstalaciónes típicas de calderas y sus elementos externos.


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QUEMADOR

La energía necesaria para que el agua líquida se transforme en vapor, se toma de la fuente de calor que es producida por la combustión del combustible en el hogar de la caldera, mediante el quemador que es controlado por el modulo de control y está provisto de ciertos accesorios para su funcionamiento seguro. Fotografía 26.- Vista de un quemador con su control y sus accesorios para funcionar de formaa segura. El más utilizado en calderas es el del tipo de quemador de aceite de alta presión, que introduce el aceite-combustible en el hogar atomizado en finísimas partículas vaporizantes y mezclándose con el aire que introduce el tiro forzado, se produce la combustión en el hogar de la caldera. Figura 24.- Esquema gráfico de un quemador de alta presión de combustible líquido con algunos accesorios.

También se utiliza frecuentemente el quemador de gas, es del tipo de chorro y se enciende mediante un piloto de gas, que este a su vez lo prende una chispa eléctrica. Los quemadores pueden estar equipados para utilizar aceite o gas, o una combinación de los dos, pero no se utilizan en forma simultánea, exclusivamente utilizan un solo tipo de combustible aunque estén provisto de los dos sistemas. La importancia en el funcionamiento óptimo y eficiente de una caldera reside en la eficiencia de la combustión y en el intercambio de calor a través de las paredes de los tubos; también inside en el consumo de combustible y en los costos de operación. Entre los dispositivos que integran el sistema de ignición se encuentran la fotocelda detectora de flama, los electrodos de ignición, el transformador de ignición, la válvula solenoide corta combustible, etc. En el capítulo de combustión se estudiará a mayor profundidad. El ventilador de tiro forzado alimenta de aire para mezclase correctamente con el combustible y producir una combustión completa o muy eficiente en el hogar de la caldera. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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MODULO DE CONTROL El sistema más importante en el funcionamiento de calderas es el módulo de control del quemador, que mediante instrumentos y componentes eléctricos y/o electrónicos, por PLC o por computadora controlan directamente la operación del quemador de la caldera, en coordinación con el motor cronométrico u otro tipo electrónico o digital; y los componentes establecen la secuencia segura del encendido del quemador determinando el tiempo de cada fase de esta secuencia, dándole un arranque seguro y también evita todo abastecimiento de combustible en caso de que se apague la flama o por algún evento que indique un funcionamiento peligroso o por recibir una señal de interrupción de alimentación de combustible, desenergizando la válvula solenoide corta-combustible. Es el responsable que la secuencia de ignición sea la adecuada y los disparos o protecciones a la caldera se den cada vez que se requiera, por algún problema que aumente el riesgo.

FIGURA 25.- Módulo de control, cerebro, programador clásico para el funcionamiento correcto del quemador de la caldera.


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Fotografía 27 .Controlador de funcionamiento del quemador marca Honeywell con acción de fotocelda ultravioleta para detectar la flama en el hogar de la caldera.

Fotografía 28 .- Programador electrónico del quemador para el funcionamiento seguro y con la secuencia de encendido adecuada


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TIRO MECANICO Existen 3 sistemas principales de tiro mecánico: Tiro forzado Tiro inducido Tiro inducido por “inyección” Tiro forzado. En este tiro el aire se sopla hacia el interior del hogar con una presión positiva para abastecer del oxigeno necesario para producir la combustión del combustible que inyecta el quemador y también para trasegar los gases residuales que permanecen en interior de la caldera al terminar su ciclo de ignición o por un fallo de flama... Este sistema tiene la ventaja de permitir la introducción de aire a mayor presión que la atmosférica en la cámara de combustión, y consecuentemente evita la entrada de aire por cualquier intersticio, a pesar de que existan grietas o fugas en la albañilería de la caldera. Se emplea principalmente en la mayoría de las calderas por no decir que en todas, es el más práctico y seguro de los tiros utilizados. Tiro inducido. Este es el sistema que se utilizo hace años; en lugar de colocar el ventilador en la parte del frente de la caldera, se coloca en el extremo de los ductos y en la base de la chimenea, creando una presión negativa en el hogar succionando los productos de combustión y pasarlos por las superficie de calefacción o de intercambio de calor, se dejo de utilizar solamente este tipo de tiro por que es inseguro a los fallos de flama al no trasegar los gases residuales y producir accidentes por explosión por el lado del fuego, se utilizan siempre con un tiro forzado y se le llama tiro mixto o balanceado. Tiro de inyección. Esta es otra forma del tiro inducido. La succión se produce no con un ventilador, sino con una boquilla de vapor que descarga en la chimenea y produce en los gases el efecto de Giffard. Puede emplearse también un ventilador fuera de circuito y producir el efecto de Giffard, tomando del ducto una fracción de los gases y retornándolos por medio de una boquilla similar a la utilizada con el vapor. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL TIRO MECANICO El tiro mecánico necesita de un ventilador, por lo tanto, existen posibilidades de accidentes y es necesario parar para revisar y mantener el ventilador; sin embargo, se emplea cada vez más por las siguientes razones: El costo inicial de instalación es muy bajo Necesita menos espacio Y sobre todo, es flexible; con un motor de velocidad variable el tiro puede regularse inmediatamente. Es posible también instalar en el motor un regulador automático de tiro, que asegure una marcha flexible y regular a la fábrica y permita proporcionar en todo momento el vapor suficiente para las necesidades de la misma.


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VÁLVULAS DE SEGURIDAD.

Fotografía 29.- Válvula de seguridad Figura 27.- Esquema de un corte de una válvula. Esta válvula o válvulas van instaladas en la parte superior de la envolvente de la caldera comunicadas con la cámara de vapor y representa la seguridad en caso de que la presión del vapor sobrepase la presión máxima permisible en el interior de la caldera. Accionando el vástago y comprimiendo el resorte para desfogar el vapor y proteger a la caldera de una explosión por sobrepresión. Estas válvulas son reglamentarias para el funcionamiento de las calderas y en general para los recipientes sujetos a presión, es indespensables tenerlas instaladas correctamente y verificar que la presión de apertura y el área de desfoque sean las indicadas por el fabricante y la Norma. Figura 28.- Corte y partes de la válvula de seguridad reglamentaria. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Las válvulas de seguridad tienen su capacidad de desfogue de acuerdo a la capacidad evaporativa de la caldera, para calderas de más de 1 000 Kg de vapor/hora se exige cuando menos 2 válvulas de seguridad, que deben estar calibradas su accionamiento de apertura como máxima presión de la presión de diseño de la caldera, algunos usuarios la calibran a 10% de la presión máxima de trabajo, al instalarse a la envolvente de la caldera, no deben tener extensiones o reducciones para dejar libre el desfogue de vapor.

Figura 30.- Diagrama de una instalación de calderas en un cuarto de máquinas.


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INSTRUMENTO DE CONTROL DE BAJO NIVEL DE AGUA Todas las calderas de operación automática tienen que estar equipadas con un interruptor de bajo nivel de agua, el cual impide el funcionamiento del quemador, mientras no existe suficiente nivel de agua en la caldera, otro interruptor controla la alimentación de agua. Este instrumento controla el nivel de agua del interior de la caldera y es operado por medio de un flotador, su accionar mantiene el nivel del agua arriba de la última fila de tubos para mantenerlos en temperaturas de trabajo; controla el arranque y paro de la bomba de agua de alimentación cuando el nivel llega a su límite superior y a su límite inferior , respectivamente, su función más relevante es interrumpir el fogueo de la caldera, cortando el flujo de combustible cuando el nivel de agua llegue al mínimo de operación sin descubrir la última fila de tubos, el nivel de agua se puede visualizar en el tubo de vidrio indicador de nivel que forma parte del instrumento de control de nivel. Un modelo tipo de este dispositivo, consiste de un flotador que actúa la columna, todas las unidades están previstas de una válvula de purga para desalojar los sedimentos. Estos interruptores en la mayoría de los casos consisten de dos cápsulas de mercurio una es de dos hilos y que se va a controlar al arrancador de la bomba de agua para la alimentación de agua a la caldera y una cápsula de tres hilos que va a controlar el quemador cuando exista un bajo nivel de agua.

Fotografías 31 y 32 .- cuerpo del instrumento de control de columna de nivel de agua en el interior de la caldera y el KIT de las conecxiones y el flotador metálico del instrumento, es uno de los más importantes para la seguridad de la caldera.


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Figura 31.- Partes principales del instrumento de control de nivel de agua (Mc Donell ).

1.- Cuerpo.

2.- Brazo.

3.-Flotador y varilla.

4.- Fuelle.

5.- Caja de conexiones.

6.-Capsulas de 2 y 3 hilos.

7.- Cristal indicador.

8.- Válvulas del cristal.

9.- Grifos de prueba. 10.- Purgas. 11.- Venteo

A las calderas algún propietario puede instalar o solicitar la instalación de un equipo auxiliar para controlar el disparo del quemador exclusivamente por bajo nivel cuando el instrumento de control falla, no llevan tubo de vidrio indicador de nivel, ni arranca o para la bomba de agua de alimentación. Figura 32.- Control de nivel de columna de agua y niveles. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Figura 33.- se ilustra cómo están ensamblados el flotador, la varilla y las capsulas con conexiones eléctricas, este es el KIT que se ensambla al cuerpo del instrumento.

FIGURA 34.- Capsulas de dos hilos para arrancar y parar la bomba; la de 3 hilos para detener el fogueo de la caldera y sonar la alarma, el funcionamiento correcto de estos es alto porcentaje de la seguridad de la caldera. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Arriba del 90% de los accidentes de explosión de las calderas es por la falla de bajo nivel y causa principal es que este instrumento haya fallado en su función.

Fotografía 33.- Instrumento de control de nivel de columna de agua instalado en la caldera.

Fotografía 34.- Instrumentos instalados en la caldera, de control de nivel de columna, presostatos y manómetro.


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Estos instrumentos deben de estar en óptimas condiciones de funcionamiento, son parte de la operación segura de la caldera, constantemente se le debe inspeccionar, darle mantenimiento y hacerles pruebas de que están funcionando correctamente, nunca se les debe descuidar a la larga pueden fallar. CONTROL DEL LÍMITE DE ALTA PRESIÓN (PRESOSTATO) Este instrumento de control consiste en un manómetro de vástago accionado por la presión del vapor que se encuentra en la cámara de vapor en la caldera, que cuando llega a la presión máxima indicada por la calibración de la presión principal. El control interrumpe un circuito (mediante una capsula de mercurio) y corta la alimentación de combustible apagando la caldera, se dice que es el fin del ciclo de encendido del quemador; cuando por el consumo del vapor disminuye la presión dentro de la cámara llegando a la presión del ajuste se cierra el circuito e inicia la secuencia de encendido del quemador de la caldera.

Figura 35.- Esquema de un corte del instrumento de control de alto límite de presión. Figura 36.- Presostato para control de presión (on-of) de vapor, aire, gases no combustibles. Tipo de capsula o tipo Mercoid. En este instrumento se pueden establecer las presiones de paro y arranque automático del equipo calibradas a través de un par de escalas, una principal (MAIN) donde se registra la presión límite de operaciones de la caldera y una diferencial (DIFF) entre el paro y el arranque, estas se ajustan con un par de tornillos en la parte superior del presostato. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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FOTOCELDA DETECTORA DE FLAMA. La fotocelda detectora de flama es un sensor de la presencia de la flama en el hogar de la caldera para suministrar o mantener el suministro de combustible al quemador para continuar con la secuencia de encendido, la fotocelda genera un milivoltaje que acciona un relevador, llamado relevador secundario y este mantiene energizada la bobina de la válvula solenoide corta-combustible.

Figura 37.- Descripción: Fotocelda infrarroja, bulbo intercambiable usa amplificador de señal de flama infrarrojo (IR).

Figura 38.- Fotocelda UV con bulbo intercambiable, usa amplificador de señal de flama ultravioleta

Fotografía 35.- Fotocelda detectora de flama ultravioleta para flama de gas o petróleo


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Figura 39.- Ensamble de fotocelda con ducto para enfriamiento con el aire del ventilador.

Figura40.-Descripción: Fotocelda UV con sistema auto chequeo para aplicaciones de trabajo continuo, bulbo intercambiable, usa amplificador de señal de flama R7847C

Figura 41.- SISTEMA DE DETECCIÓN DE FLAMA H FOTOTUBOS C-7027 ó C-7035 (para flamas de cualquier tipo de combustible)


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Figura 42 y 43.- Descripción del montaje de una fotocelda detectora de flama IR con sus accesorios, es importante el ángulo de la posición para recibir la intensidad suficiente para generar el voltaje. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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TRANSFORMADOR PARA LA IGNICIÓN

Este transformador eleva el voltaje y suministra el alto voltaje a los electrodos de ignición para producir el arco eléctrico que calentará a la temperatura de ignición el área de salida del combustible del quemador para iniciar la combustión es energizado por el modulo de control en la secuencia de encendido.

Fotografía 37.- transformador de ignición, eleva el voltaje a varios miles, de 5 a7 mil, para producir el arco eléctrico para encender el combustible.

MANÓMETRO PARA EL VAPOR

Este manómetro está instalado en la cámara de vapor de la caldera y es el instrumento de medición que ofrece al operario el conocimiento de la presión interna en que está operando la caldera. Este manómetro es del tipo de tubo de Bourdon en C, que es el reglamentario

MANÓMETRO PARA EL ACEITE-COMBUSTIBLE Indica la presión con que es impulsado el aceite-combustible por la bomba hacia el inyector del quemador para ser atomizado adecuadamente y la combustión sea de alta eficiencia.


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Figura 44 y fotografía 38.- diagrama y tubo de bourdon en C y mecanismo de transmisión, muestran los elementos que conforman el manómetro, es utilizado en recipientes sujetos a presión, calderas, bombas, tanques de gas, tuberías etc. Estos manómetros que se encuentran en la caldera tienen que estar calibrados por laboratorios certificados por el CENAM, y no se puede o debe prescindir de ellos porque se incrementa un riesgo de explosiones por no conocer las presiones del interior de la caldera.

Fotografías 39 y 40.- manómetro de caldera para determinar la presión del vapor en el interior y de la bomba de combustible para medir la presión con que se inyecta al quemador, ambos son tubos de Bourdon.

VÁLVULAS SOLENOIDES CORTA-COMBUSTIBLES

Estas válvulas eléctricas controlan el flujo de combustible hacia el inyector del quemador, puede contar con una o varias dependiendo los fogueos de la caldera; la acción de la fotocelda detectora de flama determina su cierre en caso de que falle la flama cortando la alimentación del combustible al quemador.

Fotografía 41 y 42.- Válvulas solenoides y accesorios para la ignición. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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UNIDAD DEL ACEITE DE COMBUSTIBLE Esta unidad bombea el aceite-combustible a la presión requerida hacia el inyector del quemador, normalmente es accionada por el mismo motor del soplador y tiene un regulador de presión en forma integral; es una bomba de desplazamiento positivo, una bomba de engranes.

TERMÓMETRO DE CHIMENEA Es un termómetro bimetálico que va instalado en la base de la chimenea mide la temperatura de los productos de combustión que abandonan la caldera, indicando cuando se está realizando una buena trasferencia de calor en el interior de la caldera entre los gases y el agua; su lectura ayuda a determinar cuándo se requiere una limpieza a la superficie de calefacción por el lado del fuego y/o por el lado del agua...

Fotografía 43.Termometro de chimenea de la caldera instalado en la base de la chimenea para medir la temperatura de los gases, es un termómetro del tipo bimetálico, es muy útil para el mantenimiento.

Temperatura de gases de chimenea. Los gases de chimenea no deben sobrepasar la temperatura establecida, pues esto daría como lugar un desperdicio o perdida de energía. La temperatura de la chimenea no debe tener 80°C por arriba de la temperatura del agua en el interior de la Caldera. Se sabe que la presión de operación de la Caldera es 5 KG/ cm 2 la temperatura de saturación del agua a esta presión es de 158.1 °C. De modo que la temperatura máxima de los gases de la chimenea es de:

TMAX = T SAT@ 5 KG/ cm2 + 80 °C TMAX = 158.1 °C + 80 °C = 238.1 °C

El valor de la temperatura de saturación se determina consultando la tabla de propiedades termodinámicas.


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PROCEDIMIENTO PARA PONER A FUNCIONAR UNA CALDERA Y RUTINAS QUE DEBEN SEGUIR DURANTE SU FUNCIONAMIENTO 1. Verificar si hay: energia electrica, combustible y agua en los alimentadores de la caldera. 2. Verificar los niveles de agua en la caldera y tanque de condensados. 3. Verificar si, las llaves de agua de alimentación y combustible estan abiertas. 4. La válvula principal de salida de vapor debera estar cerrada. 5. Abrir la válvula de purga superior del instrumento de control de nivel de agua (Mc donell) 6. Arrancar caldera. 7. Cuando en la válvula de purga superior del instrumento de control de nivel de agua empieza a salir vapor, esta se cierra. 8. Se abre la válvula de purga inferior del instrumento de control de nivel de agua (mc donell) para verificar el funcionamiento de la bomba alimentadora de agua de la caldera (prueba de nivel de agua). 9. Cuando la caldera pare por presion límite de trabajo, se abre la llave principal de salida de vapor. 10. Las purgas de fondo se realizaran dos veces por turno. 11. La válvula de seguridad, se debe accionar manualmente una vez por semana. 12. Vigilar constantemente la caldera durante su funcionamiento, instrumentos, componentes y hacer las anotaciones en el libro diario (bitácora) de la caldera. 13. Al terminar el turno se para la caldera con el interruptor de control y se cierra el combustible.

14. Mantener limpia y despejada el area de la caldera. NOTA IMPORTANTE: este procedimiento es un ejemplo real de uno que los operadores tienen pegado en el cuarto de máquinas cerca de las calderas para tenerlo siempre pendiente y no cometer errores, se debe de estudiar los manuales de cada caldera y elaborar el suyo.


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RECOMENDACIONES PARA EL MANTENIMIENTO DE UNA CALDERA CLEAVER BROOKS DIARIO 1. Limpiar las boquillas del quemador. 2. Comprobar el nivel del lubricante (600) para el compresor en el tanque aire-aceite. Debe de estar a ½ de nivel, esto es dentro del tercio medio y si está más bajo, ponerlo a nivel. 3. 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 del agua a ½ cristal y purgando hasta que arranque la bomba de alimentación. recomendamos consultar a su experto a su tratamiento de agua al respecto, y es muy importante se sigan sus instrucciones así como también colocar las instrucciones que sobre purgas de fondo y control de nivel, envía la fabrica con el manual de operación. lea y siga las instrucciones de la placa de advertencia que aparece a un costado de la caldera. 4. Comprobar así mismo que la presión indicada por los manómetros de entrada al combustible (111), la presión en la válvula medidora (112) y la presión de salida de combustible (206), son las fijadas en su Manual de Operación. 5. Comprobar si la presión de aire de atomización es la correcta (115). 6. Comprobar la temperatura de los gases de la chimenea (706).

CADA TERCER DIA 1. Comprobar que la trampa del calentador de vapor (131) opera correctamente. 2. Limpiar los filtros de combustible que están en la succión de la bomba.

CADA OCHO DIAS 1. Comprobar que no hay fugas de gases ni de aire en las juntas de ambas tapas y mirilla trasera. 2. Comprobar la tensión de la banda al compresor (517). 3. Limpiar el filtro de lubricante (707), que está pegado al compresor (517). 4. Lavar los filtros, tanto el de entrada a la bomba como el de entrada de agua al tanque de condensados. 5. Limpiar el electrodo del Piloto de gas (61).


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6. Comprobar que los interruptores termostáticos del calentados de combustible (33 y 305) operen a la temperatura a que fueron calibrados al hacer la puesta en marcha. Consulte su Manual de Operación. 7. Inspeccione los prensa-estopas de la bomba de alimentación de agua.

CADA QUINCE DIAS 1. Hacer limpieza de todos los filtros de agua, aceite combustible y aceite lubricante. 2. Probar la operación por falla de flama. 3. Revisión a las condiciones del quemador, presión, temperatura, etc. 4. Checar los niveles de entrada y paro de la bomba, haciendo uso de las válvulas de purga de fondo de la caldera. 5. Asegúrese de que la foto celda (410) esté limpia, así como el conductor en donde se encuentre colocada.

CADA MES 1. Comprobar que los niveles del agua son los indicados: – 58 mm (2 ¼”) de nivel máximo. – 45 mm (1 ¾”) arranque de la bomba. – 32 mm (1 ¼”) corte por bajo nivel.

2. Comprobar el bajo nivel, bajando el interruptor de la bomba de la alimentación, el agua al evaporarse ira disminuyendo el nivel y si al llegar a 32 mm (1 ¼”) no se para por bajo nivel, hay que parar inmediatamente la caldera e inspeccionar el bulbo de mercurio de tres hilos (del lado de la caldera). así como también asegurarse de un correcto funcionamiento del flotador estando la columna exenta de lodos o acumulaciones. 3. Comprobar el voltaje y cargas que toman los motores.

CADA TRES MESES 1. Observar la temperatura del termómetro de salida de gases de la chimenea de la caldera, cuando tenga 80°C por arriba de la temperatura del agua en el interior y de ahí en adelante indica que la caldera está hollinada y hay que proceder a limpiarla.


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2. Es conveniente también que se destapen varias tortugas o registros de las de en medio y de la parte de abajo, para ver el estado de limpieza interior por el lado del agua. Llame al técnico en tratamiento de agua. 3. Cada vez que se desholline es conveniente para la mejor conservación del refractario, darle una lechada con cemento refractario, tanto a la tapa trasera como al refractario del horno. Revisar los empaques y recubrirlos con grafito y aceite. 4. Tirar ligeramente de las palancas de las válvulas de seguridad para que escapen y evitar que peguen en su asiento.

CADA SEIS MESES 1. Comprobar el nivel de aceite del reductor de velocidad de la bomba de combustible. 2. Revisar los empaques del prensa-estopa de la bomba de alimentación DE AGUA. En caso de encontrarse secos, cámbiese por nuevos. 3. Limpieza general a los contactos del Fireye y demás arrancadores con un trozo de género limpio, humedecido con tetracloruro de carbono. 4. No después de tres meses de efectuada la puesta en marcha inicial de la caldera y después, según las condiciones lo requieran, la caldera deberá ser enfriada y secada, las cubiertas quitadas y el interior debe ser lavado con agua a presión. Tubos y espejos deberán ser inspeccionados al mismo tiempo para buscar incrustaciones. La efectividad del tratamiento de agua y el porcentaje de agua del repuesto requerido, determinarán los siguientes períodos de limpieza. El servicio de su experto en tratamiento de agua, deberá incluir inspecciones al interior de la caldera, así como análisis del agua periódicas. 5. Inspeccione los fluxes por el lado del hollín y límpiese de ser necesario. 6. Inspeccione el material refractario del horno y la puerta trasera. 7. Limpie las grietas y saque el material refractario que se haya desprendido. Recubra el mismo con un cemento refractario de fraguado al aire; el período de este recubrimiento varía con el tipo de carga y operación de la caldera y debe ser determinado por el operador al abrir las puertas para hacer limpieza del hollín. 8. Revise sus bandas de transmisión, déle su tensión apropiada. 9. Es conveniente lavar la caldera interiormente. Para hacer esto, se quita la reducción del manómetro que va en la tee a la salida de la bomba de alimentación de agua, se coloca ahí una reducción al tamaño de la manguera que se va a utilizar. Antes de hacer todo esto, se enfría la caldera, bajándola de presión y haciéndole circular el agua, purgándola para que entre agua fría, así, hasta que esté totalmente fría. La operación de enfriamiento deberá hacerse con lapsos de reposo de 20 a 25 minutos para que el enfriamiento no sea brusco y dañe los fluxes. Luego se vacía totalmente de agua y se quitan todas las tortugas. Ya habiendo puesto la manguera en la bomba, se cierra la INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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válvula de entrada de agua a la caldera y al poner a funcionar la bomba, sale agua por la manguera a bastante presión. Con este chorro de agua se lava la caldera interiormente, se mete la manguera por todos los registros de mano hasta que quede bien limpia. Se tapa, limpiando perfectamente las tortugas y el asiento de la misma en la caldera. 10. Comprobar la limpieza de las columnas de control y de las entradas del agua de la bomba de alimentación y el inyector. 11. Comprobar y lavar los pressuretroles, toda la línea de los mismos y la línea del manómetro. 12. Se refrescan las cuerdas al tornillo de las tortugas y se les pone grafito con aceite para que no se peguen. 13. Destapar todas las cruces y comprobar que estén limpias. limpiar cada seis meses cuando menos.

CADA AÑO 1. Limpiar el calentador eléctrico (304) y el de vapor para combustible, así como asentar la válvula de alivio y las reguladoras de presión. 2. Revisar el estado en que se encuentran todas las válvulas de la caldera, asentarlas si es necesario y si no se pueden asentar, cambiarlas por otras nuevas. 3. Reengrasar los baleros de la bomba de agua de combustible. 4. Relubricar los baleros sellados de las transmisiones o motores que tengan este tipo de baleros. Repónganse lo sellos cuidadosamente, reemplácense los baleros defectuosos o los que se tenga duda. 5. Vacíe y lave con algún solvente apropiado el tanque aire aceite (122) así como todas las tuberías de aire y de aceite que de él salgan, procurando que al reponerlas queden debidamente apretadas.


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REGLAS DE SEGURIDAD QUE UN FOGONERO DEBE TENER EN LA OPERACIÓN DE UNA CALDERA REGLAS DE LOS NUNCAS NUNCA DEJE DE ANTICIPARSE A LOS CASOS DE EMERGENCIA. NO ESPERE HASTA QUE ALGO SUCEDA, PARA ENTONCES PRINCIPIAR A PENSAR

REGLAS DE LOS SIEMPRES SIEMPRE ESTUDIE CUALQUIER POSIBILIDAD DE EMERGENCIA O DE PELIGRO, Y SEPA QUE CONDUCTA DEBE SEGUIR, SI LLEGA EL CASO.

NUNCA INICIE SU TRABAJO EN UN EQUIPO SIEMPRE PROCEDA A MANEJAR LAS QUE NO CONOZCA, SIN ANTES HABER VÁLVULAS O INTERRUPTORES DETERMINADO CADA UNA DE LAS ELÉCTRICOS, DE UNA MANERA RAPIDA, TUBERÍAS Y SIN ANTES HABER SIN CAER EN CONFUSIONES EN EL CASO ESTUDIADO LA LOCALIZACIÓN Y USO DE DE UNA EMERGENCIA. SE PUEDE PENSAR CADA UNA DE LAS VÁLVULAS. MEJOR CUANDO SE CAMINA QUE CUANDO SE CORRE. CONOZCA SU TRABAJO A FONDO. SIEMPRE COMPRUEBE EL NIVEL DEL AGUA EN EL CRISTAL POR MEDIO DE LOS GRIFOS DE PRUEBA, CUANDO MENOS UNA VEZ AL DIA Y EN CUALQUIER OTRO MOMENTO EN QUE USTED PUEDA DUDAR SIEMPRE TRABAJE CON PRECAUCION; LA DE LA CORRECTA INDICACIÓN EN EL MEMORIA PUEDE FALLAR. CRISTAL DE NIVEL. NUNCA DEJE ABIERTA LA VÁLVULA DE PURGA SIN ESTAR AL PENDIENTE CUANDO LA CALDERA ESTA EN PRESION O CUANDO EL FUEGO ESTE ENCENDIDO.

SIEMPRE PURGUE CADA CRISTAL DE NUNCA PERMITA QUE EL SEDIMENTO SE ACUMULE EN EL NIVEL Y LAS CONEXIONES DE LA CRISTAL DE NIVEL O EN LAS COLUMNA DE AGUA, POR LO MENOS UNA CONEXIONES DE LA COLUMNA DE VEZ AL DIA. LA FORMACIÓN DE BUENOS AGUA. UNA INDICACIÓN FALSA DEL HABITOS Y SEGUIR SIEMPRE LA RUTINA, NIVEL DEL AGUA DENTRO DE LA PUEDE SER MOTIVO DE LA CALDERA PUEDE ENGAÑARLO Y PROLONGACIÓN DE SU VIDA. HARA DESPUÉS QUE LO LAMENTE.


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SIMPOSIO DE INGENIER A MEC NICA REGLAS DE LOS NUNCAS

2012 REGLAS DE LOS SIEMPRES

NUNCA DE ÓRDENES RELACIONADAS CON ASUNTOS GRAVES DE LA CALDERA EN FORMA VERBAL, NI REPORTE TALES ASUNTOS EN FORMA VERBAL. LLEVE UN REGISTRO CLARAMENTE ESCRITO EN SU BITÁCORA. SIEMPRE DEBE ESTAR PROTEGIDO PARA CUALQUIER ACLARACIÓN.

SIEMPRE ACOMPAÑE SUS ORDENES RELACIONADAS CON TRABAJOS IMPORTANTES, EN MEMORANDUMS POR ESCRITO. ABRA UN LIBRO DIARIO DE LA CALDERA PARA ASENTAR EN EL CUALQUIER HECHO IMPORTANTE O SUCEDIDO EXTRAÑO.

NUNCA ENCIENDA EL FUEGO EN EL HOGAR DE UNA CALDERA SIN HABER COMPROBADO POR LO MENOS DOS VECES EL NIVEL DEL AGUA. MUCHAS CALDERAS SE HAN ARRUINADO A VECES Y SE HAN PERDIDO MUCHOS PUESTOS O EMPLEOS POR ESTA CAUSA.

SIEMPRE ASEGURESE QUE HAY AGUA EN UNA DE LOS GRIFOS DE PRUEBA, CUANDO MENOS ANTES DE APAGAR LOS FUEGOS. ESTE NIVEL DEBE COMPROBARSE CON LAS LLAVES O GRIFOS DE PRUEBA. UD. NUNCA SERA DESPEDIDO POR EXCESO DE PRECAUCIONES O POR SER UNA PERSONA CUIDADOSA.

NUNCA SE ENCIENDA EL FUEGO EN UNA CALDERA SIN HABER COMPROBADO SI LAS VÁLVULAS ESTAN EN POSICIÓN CORRECTA. ¿PORQUE CORRER EL RIESGO?

SIEMPRE ASEGURESE QUE LAS VÁLVULAS DE PURGA SE ENCUENTREN CERRADAS Y QUE LAS VENTILAS, VÁLVULAS DE LAS COLUMNAS O GRIFOS DE PRUEBA, Y LA VÁLVULA DEL MANÓMETRO ESTEN ABIERTAS.

NUNCA SE ABRA UNA VALVULA RAPIDAMENTE CUANDO LA CALDERA ESTA BAJO PRESION. EL CAMBIO BRUSCO DE LA PRESION O EL GOLPE DE ARRIETE RESULTANTE PUEDE ORIGINAR LA ROTURA DE LAS TUBERÍAS.

SIEMPRE USE EL BY-PASS, SI LO HAY. DESPEGUESE LA VALVULA DE SU ASIENTO UN POCO Y ESPERE EL EQUILIBRIO DE LA PRESION. UNA VEZ COMPROBADA LA IGUALDAD, ABRASE LA VÁLVULA POCO APOCO.

NUNCA SE RETIRE UNA CALDERA DE LA LINEA, EXCEPTO CUANDO SU PRESION SE ENCUENTRE CON DIFERENCIA DE POCAS LIBRAS DE LA DEL TRABAJO. EL AUMENTO RAPIDO DE LA FATIGA EN EL

SIEMPRE VIGILE EL MANÓMETRO DE PRESION CON FRECUENCIA Y ESTE PREPARADO PARA PONER LA CALDERA EN BATERIA. ABRASE LA VÁLVULA DE LA RETENCION SOLAMENTE CUANDO LAS


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SIMPOSIO DE INGENIER A MEC NICA MATERIAL DE UNA CALDERA ES PELIGROSO EGLAS DE LOS NUNCAS

2012 PRESIONES SON SEMEJANTE O CASI IGUALES. REGLAS DE LOS SIEMPRES

NUNCA SE ELEVE LA PRESION EN UNA CALDERA SIN HABER SIEMPRE LEVANTE LA VÁLVULA DE PROBADO ANTES LAS VÁLVULAS SEGURIDAD PARA SEPARARLA DE SU DE SEGURIDAD. UNA CALDERA QUE ASIENTO, UTILIZANDO LA PÁLANCA, CUANDO TENGA LAS VÁLVULAS DE LA PRESION ALCANZA TRES CUARTAS SEGURIDAD PEGADAS, ES TAN PARTES DE LA PRESION DE ESCAPE. PELIGROSO COMO JUGAR CON DINAMITA. NUNCA PERMITA QUE UNA PERSONA SE INTRODUZCA AL INTERIOR DE UNA CALDERA SIN SIEMPRE COLOQUESE, BIEN VISIBLE, EL HABER COLOCADO O ASEGURADO LETRERO “OPERARIO EN EL INTERIOR” EN EL QUE EXISTEN MUY VISIBLES LOS LUGAR POR DONDE SE INTRODUZCA EL AVISOS DE PROTECCIÓN. TRABAJADOR. CIERRE TODAS AQUELLAS TAMPOCO RETIRE LOS REFERIDOS VÁLVULAS QUE LO PUEDAN PONER EN ANUNCIOS DE PROTECCIÓN HASTA PELIGRO, CON CANDADO, POR SI SE QUE UD. MISMO EN PERSONA ABRIERAN ACCIDENTALMENTE. COMPRUEBE QUE NO HAY PERSONAL DENTRO DE LA CALDERA. NUNCA PERMITA LA EJECUCIÓN DE REPARACIONES DE IMPORTANCIA EN LA CALDERA SIN PREVIA AUTORIZACIÓN DEL INGENIERO. SI UD. NO CONTRAVIENE LA LEY PUEDE EVITARSE UN SERIO PERJUICIO.

SIEMPRE CONSULTE CON EL INGENIERO ENCARGADO DE LA VIGILANCIA DE LAS CALDERAS ANTES DE EMPRENDER CUALQUIER REPARACIÓN DE ELLAS.

NUNCA ENCIENDA UN QUEMADOR SIEMPRE TENGA PRESENTE LA POSIBILIDAD SIN TOMAR LAS DEBIDAS DE UN ENCENDIDO RETARDADO QUE PUEDA PRECAUCIONES UD. DIFÍCILMENTE OCASIONAR UNA EXPLOSION EN EL FOGÓN U PUEDE EVITAR UNA EXPLOSION O HOGAR. SIGA LOS METODOS ADECUADOS EN EL ENCENDIDO. FORMACIÓN DE UN “TORITO” NUNCA INTENTE ENCENDER UN QUEMADOR SIN HABER VENTILADO COMPLETAMENTE EL HOGAR. NUNCA DEJE DE REPORTAR EL TRABAJO DEFECTUOSO DE UNA CALDERA O EQUIPO A SU CUIDADO. PUEDE SER UN AVISO A TIEMPO QUE EVITE UN ACCIDENTE. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

SIEMPRE PERMITA QUE CIRCULE EL AIRE PÁRA VENTILAR EL HOGAR Y LIBRARLO DE GASES Y POLVOS. Y ESO HÁGALO DURANTE VARIOS MINUTOS. SIEMPRE CONSULTE CON LA AUTORIDAD SUPERIOR O AL INGENIERO RESPONSABLE. DOS CABEZAS PIENSAN MEJOR QUE UNA. Página 73


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“REGLA DE LOS NUNCAS”

NUNCA.- Bloquee los relevadores con calces de cartón o madera u otras cosas NUNCA.- Opere manualmente los programadores y relevadores NUNCA.- Reduzca el tiempo de barrido inicial del horno NUNCA.- Instale “puentes” en interruptores limite de los controles de seguridad NUNCA.- Intente encender su caldera si antes no ha observado el horno NUNCA.- Deje abiertas las válvulas de combustible al fin de jornada NUNCA.- Deje energizado el circuito automático al parar su caldera NUNCA.- Se pare frente al quemador al hacer el primer intento de encendido Tabla de fallas y causas. Las siguientes figuras muestran las causas probables de las fallas más comunes antes mencionadas para que estas sean corregidas de inmediato y de manera óptima. FALLAS La caldera enciende

Bajo nivel agua.

S A S U A C

de

no

Falla en el control La caldera esta de presión. completamente llena de agua

X

Falta de agua en el tanque de condensado.

X

Cavitación de la caldera.

X

Consumo alto de vapor.

X

Flotador trabado,

X


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perforado. Válvulas de purgas abiertas.

X

La bomba no inyecta agua.

X

Fugas.

X

Flotador sucio.

X

Mercurio de la Capsula del control de presión carbonizado.

X

Fuelle de control de presión tapado.

X

Control presión. desnivelado

de X

Corto en alambrado eléctrico.

el X

Tubería de acceso tapada.

X Consumo excesivo de combustible.

S A S U A C

X

Baja eficiencia de la caldera.

X

Temperatura de la chimenea alta.

X

Temperatura baja de los


Fallo de flama.

Mala combustión.

X X

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electrodos. Fotocelda mal estado.

en

Suministro energía.

de

X X

Mala calibración del electrodo de ignición.

X

Carbonización del electrodo.

X

Ausencia del gas del piloto.

X

Válvulas bloqueadas.

X

Válvula solenoide cerrada.

X

Ausencia de combustible

X

Falta de combustible en el tanque de almacenamiento.

X

Bombas en mal estado.

X

Espreas obstruidas.

X

Relación airecombustible mal calibrada.

X

Figura 5.8.- Fallas y causas en una Caldera (segunda parte). Nota: es una obligación estudiar las fallas posibles que puedan suceder en su caldera, como identificarlas y las formas de corregirlas, es importante porque pueden suceder en INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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cualquier momento, y es una pérdida de tiempo valioso para la producción el de resolver los problemas que se presentan, estudien el manual de su caldera de forma exhaustiva.

Baja presión de la caldera.

Alta demanda de vapor.

Sarro en los fluxes.

No se produce el arco eléctrico.

Mala rectificación de la flama.

X

Alta dureza del agua.

X

Falta purgas.

X

de

El transformador de ignición no recibe voltaje.

X

Filtro pantalla de la fotocelda sucio.

X

Fotocelda en mal estado

X

Ducto obstruido.

X

Figura - Fallas y causas en una Caldera (tercera parte).


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TRATAMIENTO DE AGUAS PARA CALDERAS CONTROL DE LAS CONEXIONES QUÍMICAS La operación segura de una caldera, en cuanto al control químico del agua se refiere, se obtiene atendiendo los siguientes puntos generales: a) b) c) d) e) f) g)

Limpieza interna de la caldera. Depósitos. Corrosión. Contaminación del vapor. Muestrear, probar y análisis del agua y vapor. Vidriosidad Cáustica. Almacenamiento de Calderas.

a) LIMPIEZA INTERNA DE LA CALDERA Una caldera nueva, por ejemplo, que acaba de ser instalada, debe estar limpia de polvo, productos de corrosión y otras materias indeseables. Antes de que una caldera nueva sea puesta en servicio, debe ser limpiada enteramente, con el objeto de eliminar grasa y otras materias orgánicas, polvo, virutas y pinturas protectoras aplicadas por el fabricante para prevenir la corrosión atmosférica y algunos otros daños inherentes con su fabricación y erección como lo es el chisporroteo de la soldadura. El objetivo que se persigue con la limpieza de las calderas, es obtener una superficie de metal limpia en todos los puntos de la caldera que tienen contacto con agua ó vapor durante la operación de la misma. Todos los materiales solubles en el agua, ácidos adherentes, aceites, grasas, polvo, pintura y materiales similares, deben ser removidos con una buena solución química para cada propósito, por ejemplo:

Solución alcalina Cuando una caldera va a ser puesta en servicio por primera vez, ésta puede limpiarse hirviéndola con una solución detergente alcalina para eliminar materias extrañas, principalmente grasa y aceite, cuando se lleva a cabo una limpieza de este tipo. Se recomienda sustituir después de la limpieza, los cristales indicadores de nivel ó bien, efectuar una buena limpieza de los mismos. (No se recomienda el procedimiento en Calderas que, teniendo sobrecalentadores, éstos no pueden purgarse). Una solución, empleada para llevar a cabo la limpieza anterior, es: 0.91 Kg. De Carbonato de Sodio (Soda-Ash) ( Na 2 CO3 ) 0.91 Kg. De Fosfato de Trisódico ( Na 3 PO4 12 H2 O) 0.91 Kg. De Sosa Cáustica ( Na OA ) INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Por cada 454 Kg. De agua contenidas en las partes sujetas a presión y que van a ser limpiadas. El procedimiento a seguir es el siguiente: a)

Llenar la caldera hasta la mitad del cristal de nivel, preferiblemente con agua caliente.

b)

Preparar y disolver la solución en un recipiente aparte.

c)

Introducir la solución de preferencia por alguna abertura

d)

Superior y cerrar la caldera.

e)

Iniciar el encendido ligero de la caldera con una intensidad de fuego suficiente únicamente para obtener la circulación del agua dentro de la caldera, continuando este hervido por un tiempo de 8 horas.

f)

Aumentar la intensidad del fuego hasta 1/3 de la presión normal de trabajo.

g)

Purgar medio cristal de nivel dividiendo dicha purga entre la correspondiente a las purgas de fondo y la de las purgas de superficie.

h)

Reponer el agua con agua limpia y caliente, repitiendo esta operación las veces que sea necesario hasta que el agua de la purga salga clara.

i)

Apagar los fuegos y dejar que la caldera se enfríe y purgar el agua, lavando con una manguera todas aquellas partes metálicas interiores de la caldera en donde haya posibilidad de acumulación de suciedad.

b)

DEPÓSITOS

Materiales sólidos encontrados en el interior de una caldera después de que ésta estuvo operando con incrustación, lodos y productos corrosivos. La incrustación es un depósito en solución, formado directamente sobre una superficie y puede ó no adherirse a la misma, y es usualmente cristalino y denso, frecuentemente con estructura laminar pero puede ser columnar. La incrustación resulta por el uso de muchas aguas naturales con la ausencia de constituyentes favorables a la formación de lodos bajo ciertas condiciones; las sustancias que normalmente forman lodos, se depositan en forma densa y adherente sobre las superficies. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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La incrustación es peligrosa por el hecho de provocar sobrecalentamientos en el metal de la caldera, donde ésta se forma, o originando fallas. La prevención de la incrustación se obtiene por lo tanto efectuando un tratamiento del agua que puede ser antes de entrar ó dentro de la caldera. Los lodos son generalmente compuestos suaves y no adherentes, formados por precipitación del agua de la caldera pero también se encuentran en suspensión en el agua, al igual que la incrustación, la formación de lodos puede dar lugar a fallas por el sobrecalentamiento de superficies.

c)

CORROSIÓN

La corrosión dentro de una caldea puede tener lugar estando ésta en servicio ó no, de manera que cuando una caldera va a estar fuera de servicio, llena ó vacía, deberán tomarse ciertas precauciones para evitar la corrosión. Con la ausencia de la incrustación, la vida de una caldera depende de la profundidad de una picadura. En general, la reacción de la corrosión es acelerada por el aumento de lo siguiente: a) b) c) d)

Concentración del oxígeno disuelto Temperatura Concentración de sales disueltas Concentración del “ion” hidrógeno (que corresponde a una disminución del valor Ph)

La practica mas común para evitar la corrosión es la de eliminar los gases disueltos en el agua de alimentación, eliminación que puede ser química usando sulfito de sodio o bien, por el procedimiento de deaereacion, hirviendo el agua en un Deaereador.

d)

CONTAMINACIÓN DEL VAPOR

Todo el líquido e impurezas sólidas arrastradas fuera de la caldera por el vapor generado, son denominadas contaminaciones y comúnmente llamadas “ARRASTRE”. El líquido impuro es el agua de la caldera no evaporada y las impurezas sólidas comprenden los sólidos disueltos ó suspendidos, arrastradas por éste líquido. El “arrastre” no puede ser eliminado completamente por que el vapor lleva algún rocío ó espuma, pero se puede eliminar satisfactoriamente con el uso de bafles.

El “arrastre” usualmente resulta del “cebado” o del esponjamiento. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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El “cebado” es el rápido transporte del agua hervida en gran volumen a un espacio de vapor; esto puede ser causado por un rápido cambio en la demanda; dicho “cebado” origina que el lodo pase hacia fuera con el vapor, lo que origina rápida bajada

,

del sobrecalentamiento golpeteo y golpes de ariete, así como ralladuras de las aspas en las turbinas.

f)

ROTURAS, VIDRIOSIDAD Y FRAGILIDAD DEL METAL

El desarrollo de fracturas en el acero de los espejos o tubos de las calderas, es evidencia de una peligrosa condición, cuya causa y condición debe ser determinada por una persona experta en la materia. Las fracturas pueden deberse a una variedad de causas, pero es usualmente causada por esfuerzos o una combinación de esfuerzos y corrosión y esta se caracteriza por ser:

1) ALMACENAMIENTO SECO: Este procedimiento se emplea cuando la caldera va a estar fuera de servicio algún tiempo largo o bien, que será almacenada en lugares en que las bajas temperaturas pueden perjudicar por la formación de hielo. Este procedimiento sugiere que después de vaciada la caldera, se sople y seque totalmente, evitando queden gotas de agua que a la larga oxidan, así como evitar que a través de las tuberías que comunican con la caldera, entren humedad o aire húmedo. Para eliminar la humedad del aire, se emplea un material absorbente como: Cal viva ( hidróxido de calcio Cao ) en la siguiente preparación: 0.91 Kg. De Cal por cada 4,785 Lt de capacidad de la caldera. Se cierran todas las tortugas y se deja la caldera totalmente cerrada; la efectividad de dicho absorbente y la frecuencia que requiere su cambio, se deberá obtener mediante inspecciones periódicas.

2) ALMACENAMIENTO HÚMEDO: Este procedimiento se emplea cuando el almacenamiento va a ser de corto tiempo o cuando se piensa tener que disponer de ella de un momento a otro. Una vez limpia y llena de agua, debe cerrarse y llenarla hasta el tope o hasta el sobrecalentador con condensado o agua de alimentación acondicionada químicamente para evitar la corrosión. Como por ejemplo: Sosa Cáustica + Sulfito de Sodio (eliminador de oxígeno) Concentración de 450 p. p. m. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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De Sosa Cáustica y 200 p. p. m. De sulfito de sodio son aceptables Para este propósito. a) Transcristalina ( a través del grano ) b) Intercristalina (a través de los límites entre granos) La “Transcristalina” es debida fundamentalmente a esfuerzos y se atribuye a uno o más de las siguientes causas:

1.

Por el uso de aceros de mala calidad o aceros que no fueron tratados térmicamente bien durante la manufactura de la caldera y que dejan esfuerzos internos en el metal.

2.

Tratamiento exagerado como el re- rolado de tubos que dan el traste con el metal o fallas del tratamiento térmico que se da a las soldaduras ( stress – relieve ).

3.

Esfuerzos internos producidos por la repetición de cambios de temperatura, corrosión durante la operación de la caldera.

4.

Esfuerzos producidos por expansiones y contracciones producidas por rápidos calentamientos o enfriamientos de la caldera. La fractura “intercristalina”, normalmente conocida como “vidriosidad Cáustica”, usualmente ocurre abajo del nivel del agua y precisamente en las uniones, costuras o hendiduras a través de las cuales el agua de la caldera puede salir.

Es generalmente aceptado que 4 condiciones simultáneas son necesarias para desarrollar la falla y son: 1ª. Que el agua contenga substancias y principalmente “hidróxidos”, capaces de producir un daño intergranular cuando se concentra en puntos con esfuerzos internos.

2ª. Debe ser una unión, costura o hendidura en donde se manifiesta la fuga. 3ª. Que el agua de la caldera debe concentrarse en las uniones, costuras o hendiduras. 4ª. Que el acero o parte de éste, en donde se concentran los químicos, haya sido previamente sujeto a esfuerzos. g)

ALMACENAMIENTO DE CALDERAS

Cuando una caldera sale fuera de servicio, ésta debe ser enfriada y vaciada totalmente, con el objeto de efectuar una inspección interna de la misma con el objeto de determinar que método deberá emplear para la limpieza de la misma y que reparaciones se deberán efectuar, después de lo cual, se deberá decidir si se almacenará seca o con agua.


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Consumo de combustible de una caldera de 84 caballos de caldera. Combustible GAS LP con Poder Calorífico de 11 365 Kilocalorías/ kilogramo 1 caballo de caldera = 8451 KCAL/hora; una evaporación de 15.65 Kg de vapor a 100°C/hora Una caldera de 84 caballos requiere de 8451x84 = 709 884 Kcal/hora Si la caldera trabaja 6 horas al día entonces requiere 709 884x6 = 4 259 304 Kcal/ día Para satisfacer esta demanda de calor con GAS LP 4 259 304 / 11 365 = 374.773 Kilogramos de gas Evaporación de la caldera por hora a 100°C es 15.65x84 =1314.6 Kg de vapor/ hora Tabla de consumo de combustible por hora y por día de acuerdo a la carga promedio con que trabaja la caldera y la evaporación estimada a 100°C, si se quiere saber la cantidad de vapor que produce durante el día se multiplica por las 6 horas de trabajo.

% de carga de Consumo de GAS Consumo de GAS Evaporación por trabajo de la LP LP hora caldera Kg /hora Kg/día Kg de vapor a 100°C/hora 100

62.5

375

1314.6

90

56.25

337.5

1183.14

80

50

300

1051.68

70

43.75

262.5

920.22

60

37.5

225

788.76

50

31.25

187.5

657.3

40

25

150

525.84


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Eficiencia energética en calderas de vapor Cuando al inicio de cada jornada el operador pone en marcha una gran caldera industrial, o cuando una caldera central se enciende en un gran edificio por la mañana muy temprano, litros y litros de combustible comienzan a quemarse. Los requerimientos de calor serán seguramente muy pequeños al inicio de la jornada, pero las calderas están en pleno funcionamiento todo el día. Si nos centramos en la producción de vapor, las calderas de vapor son equipos omnipresentes en la industria, que suponen además uno de los puntos de consumo más elevados de un establecimiento industrial. Es muy importante iniciar una estrategia de ahorro energético en las calderas de vapor ya que dan cuenta de ingentes cantidades de combustible, y con unas medidas sencillas podemos ahorrar muchos miles de euros. .En este primer post dedicado a la eficiencia energética de las calderas, fundamentalmente de vapor, abordamos la descripción de los sistemas más interesantes para disminuir el consumo energético de estos devoradores de combustible. Se trata de una serie de ideas esenciales recopiladas por TODOPRODUCTIVIDAD de distintas fuentes, pero muy especialmente del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Creemos que la mejora de la eficiencia energética de las calderas de vapor es una actividad imprescindible que debe realizarse en todas las plantas industriales, y queda sobre todo justificada por el rápido retorno de la inversión. .I) CONTROL AUTOMÁTICO: Son técnicas utilizadas cada vez más frecuentes conforme aumenta la disponibilidad de tecnologías apropiadas. Es por lo tanto una fuente probable de proyectos técnicos tanto en el diseño de nuevas instalaciones como en la mejora de las existentes. Las consideraciones técnicas más interesantes son las siguientes:

.1. Seguridad de los sistemas de control : La seguridad de los sistemas de control son las consideraciones a tener en cuenta para minimizar, si es practicable, la probabilidad de que falle uno de los componentes o dispositivos en la circuitería de control que puedan causar la operación insegura o control inadecuado. Cada sistema de control debe haberse sometido a un análisis de riesgos. .2. Características lógicas del circuito: Cuando se utilicen circuitos lógicos para el arranque secuencial o para la operación de componentes individuales, se proporcionarán indicadores en la consola de control para mostrar la finalización con éxito de la secuencia de operaciones por el circuito lógico y el arranque y operación del componente. Si no se llevan a cabo algunos pasos particulares durante la secuencia, la secuencia es parar en ese punto. La neutralización del sistema y su operación manual se permite en funciones vitales para permitir el control en caso de fallo de un circuito lógico. Para sistemas con control lógico, se someterán a revisión los siguientes documentos: .a. Sistema de clasificación de zonas. b. Impresión de la pantalla operacional para verificar el contenido operacional y de seguridad. c. Planificación de la integración del sistema. d. Planificación de redundancia y teoría de operación. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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e. Sistema de gestión del software. f. Certificaciones de componentes computarizados. .3. Control electrónico de la caldera : El control electrónico de calderas mediante sistemas electrónicos programables es una de las líneas fundamentales de un proyecto de eficiencia electrónica de calderas de vapor. Estos sistemas proporcionan aplicaciones muy sofisticadas permitiendo cierre automático, control remoto y sistemas para indicar fallos por personal situado a distancia. Estas tecnologías deben ser contempladas en el proyecto del sistema de calderas industriales y para ello se ha aprobado la norma EN 61508, que cubre estas tecnologías. Es destacable considerar que el fabricante de las calderas no tendrá en cuenta esta norma, siendo la empresa instaladora la responsable de aplicarla. Otra cuestión a tener en cuenta sobre los sistemas de calderas automatizados es que si se someten a regímenes de mantenimiento sistemáticos, los periodos de inspección y sustitución de elementos pueden penalizar al usuario que implante tales sistemas. En el Reino Unido se realizó recientemente un estudio en el que se analizaron sistemas de calderas automatizados, y se encontraron los siguientes problemas comunes que deben ser controlados introduciendo mejoras de diseño en el proyecto del sistema de calderas: a. Válvulas de seguridad : Aunque hay disponibles datos genéricos en los que se da información sobre las probabilidades de fallo aparente de las válvulas de seguridad y las válvulas de alivio de presión, debido a la predominancia de fallos sistemáticos de tales válvulas, es aún necesario obtener más datos de válvulas de seguridad usadas bajo regímenes estrictos de mantenimiento. Si esto no se hace, los usuarios que sigan tales regímenes de mantenimiento pueden ser penalizados por el uso de datos de probabilidad de fallo elevados y no reales. Los datos de probabilidad de fallo incluirán probabilidades para caudales y presiones elevados apropiados a las presiones de rotura y no solamente a las presiones de tarado ± 10 %. . b. Componentes específicos: Se encuentran dificultades para obtener datos de probabilidad de fallo para numerosos componentes por lo que deben hacerse asunciones. Para aplicar los aspectos de fiabilidad de EN 61508, es necesario que tales datos estén disponibles. .c. Sensores: Es común para varios tipos de sensores e interruptores de presión de una caldera que se conecten a la carcasa por medio de una simple tubería de pequeño diámetro. Esto origina que los sistemas de protección y control de la presión queden susceptibles a fallos comunes previsibles que puedan originar una demanda en las válvulas de seguridad. .

d. Un análisis cuantificado permite determinar la dependencia del riesgo total en la probabilidad de fallo de los componentes individuales y la arquitectura del sistema a su alrededor. Aplicando variaciones en el análisis, es posible determinar los medios más efectivos en costes para disminuir el riesgo. . INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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e. Para llevar a cabo un análisis significativo de una instalación de calderas, se requiere un conocimiento detallado del sistema completo; sus modos (y secuencia) de operación, y las condiciones ambientales. Además, el análisis de la estructura de control completa de una instalación de caldera es complejo y a menudo es necesario realizar asunciones basadas en criterios de ingeniería. II) INSPECCIÓN Y REPARACIÓN DE PURGADORES DE VAPOR: En los sistemas de vapor que no se han mantenido en 3-5 años, entre el 15% y el 30 % de los purgadores de vapor instalados pueden haber fallado – en ese caso el vapor escapa en el sistema de retorno del condensado. En sistemas con un programa de mantenimiento desarrollado regularmente, las pérdidas de los purgadores serán menos del 5 % del total de purgadores. Si el sistema de distribución de vapor incluye más de 500 purgadores, un análisis de los purgadores de vapor probablemente revelará pérdidas de vapor significativos. Los purgadores de vapor deben probarse si están funcionando apropiadamente y no están obturados o fallan en posición abierta y permiten que el vapor escape al sistema de retorno del condensado. Hay cuatro formas de probar los purgadores de vapor: temperatura, sonido, visual, y electrónico. III) AISLAMIENTO DE LA DISTRIBUCIÓN DE VAPOR Y LÍNEAS DE RETORNO DEL CONDENSADO: Las líneas de distribución de vapor y retorno del condensado no aisladas son una fuente constante de derroche de energía. El aislamiento puede típicamente reducir las pérdidas de energía en un 90% y ayudar a asegurar una presión de vapor apropiada en el equipo de planta. Cualquier superficie a temperatura superior a 48,8 ºC debe estar aislada, incluyendo las superficies de las calderas, tuberías de retorno del condensado y vapor, y accesorios. En la reparación del sistema de vapor el aislamiento frecuentemente se daña o se retira y nunca se reemplaza. El aislamiento dañado o mojado debe repararse o sustituido inmediatamente para evitar comprometer el valor del aislamiento. Deben eliminarse las fuentes de humedad antes de la sustitución del aislamiento. Las causas de un aislamiento húmedo incluyen válvulas con pérdidas, pérdidas en tuberías externas, pérdidas en tubos, o pérdidas en equipos adyacentes. Después de aislar las líneas de vapor, los cambios en el caudal de calor pueden influir en otras partes del sistema de vapor. IV) ECONOMIZADORES DE AGUA DE ALIMENTACIÓN PARA RECUPERACIÓN DEL EXCEDENTE DE CALOR: El economizador de agua de alimentación reduce los requerimientos de combustible de la caldera transfiriendo calor desde el gas de los humos al agua de alimentación. Los gases de los humos de la caldera se rechazan a menudo a la chimenea a temperaturas que superan en más de 37,7ºC-65,55ºC la temperatura del vapor generado. Generalmente, la eficiencia de la caldera puede incrementarse en un 1% cada reducción de 4,44 ºC en la temperatura del gas de los humos. Recuperando el calor excedente, un economizador puede a menudo reducir los requerimientos de combustible entre un 5-10% y quedar amortizado en menos de 2 años. .


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V) MEJORA DE LA EFICIENCIA EN LA COMBUSTIÓN DE LA CALDERA: La operación de la caldera con una cantidad mínima de exceso de aire minimizará la pérdida de calor en la chimenea y mejorará la eficiencia de la combustión. La eficiencia de la combustión es una medida de cómo efectivamente el contenido de calor del combustible se transfiere a calor utilizable. La temperatura en la chimenea y las concentraciones de oxígeno (o dióxido de carbono) son los principales indicadores de la eficiencia de la combustión. Dada una mezcla completa, se requiere una cantidad precisa o estequiometria de aire para reaccionar completamente con una cantidad dada de combustible. En la práctica, las condiciones de la combustión nunca son ideales, y debe suministrarse una cantidad de aire adicional para quemar completamente el combustible. La cantidad correcta de exceso de aire se determina analizando el oxígeno del gas de los humos o las concentraciones de dióxido de carbono. Una cantidad de aire excedente inadecuada origina en combustibles no quemados (combustible, hollín, humo, y monóxido de carbono) mientras que demasiado origina una pérdida de calor debida al caudal de gas de humos incrementado – disminuyendo de esta forma la eficiencia total de la caldera de humo a vapor. En un sistema de gas natural bien diseñado, es alcanzable un nivel de aire del 10 %. A menudo se asume que la eficiencia de la caldera puede incrementarse un 1% cada 15% de reducción del exceso de aire o reducción de 3,44 ºC en la temperatura del gas de la chimenea. VI) LIMPIEZA DE LAS SUPERFICIES DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE LA CALDERA: Incluso en pequeñas calderas, la prevención de formación de depósitos puede producir un ahorro sustancial de energía. Los depósitos ocurren cuando el calcio, magnesio, y silicatos, comúnmente encontrados en la mayor parte de los suministros de agua, reaccionan para formar una capa de material en el lado del agua de los tubos de intercambio de calor de la caldera. Los depósitos originan problemas porque típicamente poseen una conductividad térmica un orden de magnitud menor que el valor correspondiente para el acero desnudo. Incluso las capas de depósitos sirven como un aislamiento efectivo y retardan la transferencia de calor. El resultado es el sobrecalentamiento del metal del tubo de la caldera, fallos en los tubos, y pérdida de eficiencia energética. El exceso de consumo de combustible debido a los depósitos de la caldera puede ser del 2% para calderas acuotubulares y hasta del 5% en calderas pirotubulares. VII) RETORNO DEL CONDENSADO A LA CALDERA: Cuando el vapor transfiere su calor en un proceso de fabricación, en los intercambiadores de calor, o serpentín de calentamiento, se vuelve a una fase líquida llamada condensado. Un método atractivo de mejorar la eficiencia de energía de la planta es incrementar el retorno de condensado a la caldera. Retornando condensado caliente a la caldera encontramos los siguientes beneficios: Cuando más condensado retorna, se requiere menos aporte de agua, se ahorra combustible, agua, productos químicos, y coste de tratamiento. Menos condensado descargado al sistema de alcantarillado reduce los costes de eliminación o depuración. El retorno de condensado de alta pureza también reduce las pérdidas de energía debidas a la purga de la caldera. Tienen lugar ahorros de costes significativos cuanto más condensado retorna a alta temperaturas (54,44 ºC a 107,22 ºC), reduciendo la cantidad de agua fría de aporte (10 a 15,55 ºC) que debe ser calentada. Un cálculo simple


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indica que la energía en el condensado puede ser más del 10 % del contenido de energía del vapor total de un sistema típico. VIII) MINIMIZAR LA PURGA DE LA CALDERA: La minimización del nivel de purga puede sustancialmente reducir las pérdidas de energía, ya que la temperatura del líquido de purga es la misma que la del vapor generado en la caldera. Minimizando la purga también puede reducirse el agua de purgado y los costes de tratamiento químico. Ya que el agua se evapora en el colector de vapor de la caldera, los sólidos presentes en el agua de alimentación se quedan atrás. Los sólidos suspendidos forman lodo o sedimentos en la caldera, que degrada la transferencia de vapor. Los sólidos disueltos promueven la formación de espumas y la transformación del agua sobrante en vapor. Para reducir los niveles de sólidos suspendidos y disueltos totales a unos límites aceptables, el agua se descarga o purga periódicamente de la caldera. La purga del fondo o lodos es usualmente un procedimiento manual hecho en unos pocos segundos en intervalos de varias horas. Está diseñado para quitar sólidos suspendidos que se asientan el agua de la caldera y forman un lodo pesado. La purga de superficie o espuma está diseñada para quitar los sólidos que se concentran cerca de la superficie del líquido. La purga de superficie es a menudo un proceso continuo. Un purgado insuficiente puede llevar a un excedente de agua de la caldera en el vapor, o la formación de depósitos. Una purga excesiva derrochará energía, agua, y productos químicos. El nivel de purgado óptimo está determinado por varios factores incluyendo el tipo de caldera, presión de operación, tratamiento de agua, y agua de calidad o aporte. Los niveles de purgado van de 4% a 8% del nivel de caudal del agua de alimentación de la caldera, pero puede ser tan alto como el 10% cuando el agua de la caldera tiene un alto contenido de sólidos. IX) RECUPERACIÓN DE CALOR DEL PURGADO DE LA CALDERA: Puede recuperarse calor del purgado de la caldera usando un intercambiador de calor para precalentar el agua de aporte de la caldera. Cualquier caldera con purgado continuo excediendo un 5% la tasa de vapor es un buen candidato para la introducción de recuperación de calor de residuos de purgado. El mayor ahorro de energía ocurre con las calderas de alta presión. X) USO DE RECOMPRESIÓN DE VAPOR PARA RECOBRAR VAPOR DE RESIDUOS DE BAJA PRESIÓN: El vapor a baja presión descargado de operaciones industriales tales como evaporadores o hervidores usualmente se ventean a la atmósfera o son condensados en las torres de refrigeración. Simultáneamente, otras operaciones de planta pueden requerir vapor de presión intermedia a 20-50 psig. En vez de bajar el vapor de alta presión a través de un estrangulador para cumplir estas necesidades, el vapor a baja presión puede comprimirse mecánicamente o soprepresionado a una presión mayor de forma que pueda ser reutilizado. La recompresión del vapor depende de un compresor mecánico o eyector de chorro de vapor para incrementar la temperatura del calor latente en el vapor para volverla utilizable para las necesidades del proceso. La recompresión típicamente requiere solamente un 5-10 % de la energía requerida para elevar una cantidad equivalente de vapor en la caldera.

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XI) CONDENSADO DE ALTA PRESIÓN DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA PARA REGENERAR VAPOR DE BAJA PRESIÓN . Los requerimientos de vapor de procesos de baja presión se consiguen usualmente regulando vapor de alta presión, pero una parte de los requerimientos del proceso pueden alcanzarse a bajo coste mediante la vaporización instantánea de condensado de alta presión. La vaporización instantánea es particularmente atractiva cuando no es económicamente factible hacer volver el condensado de alta presión a la caldera. En la siguiente tabla, la cantidad de vapor obtenida por libra de condensado vaporizado se muestra como una función de las presiones tanto del condensado como del vapor. . XII) USO DEL CONDENSADOR DE VENTEO PARA RECOBRAR ENERGÍA DEL VAPOR DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA. Cuando se reduce la presión de condensado saturado, una parte del líquido se vaporiza instantáneamente a vapor a baja presión. Dependiendo de la presión implicada, el vapor vaporizado contiene aproximadamente entre un 10 y un 40 % del contenido de energía del condensado original. En la mayor parte de los casos, incluyendo depósitos de condensado y desaireadores el vapor vaporizado es venteado y se pierde el contenido de energía. Sin embargo, pueden colocarse un intercambiador de calor en el venteo para recuperar esta energía. La siguiente tabla indica el contenido de energía del vapor vaporizado a presión atmosférica. XIII) USO DE VAPOR DE RESIDUO DE BAJO GRADO EN ENFRIADORES DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA. Los refrigeradores de absorción usan calor, en vez de energía mecánica, para proporcionar refrigeración. El compresor de vapor mecánico es reemplazado por un compresor térmico que consiste en un absorbedor, un generador, una bomba, y un dispositivo de regulación. El vapor refrigerante del evaporador es absorbido por una mezcla de solución en el absorbedor. Esta solución es bombeada al generador donde el refrigerante se revaporiza usando como fuente de calor vapor de residuos. La solución agotada de refrigerante retorna posteriormente absorbedor vía un dispositivo de estrangulamiento. Las dos mezclas más comunes de refrigerante/absorbente usados en los refrigeradores de absorción son bromuro de litio/agua y amoniaco/agua.

. XIV) REFERENCIAR EL COSTE DE COMBUSTIBLE DE GENERACIÓN DE VAPOR: Referenciar el coste de combustible de generación de vapor (€/1000 kg de vapor) es una forma efectiva de valorar la eficiencia del sistema de vapor. Este coste es dependiente del tipo de combustible, coste del combustible de la unidad, eficiencia de la caldera, temperatura del agua de alimentación, y presión de vapor. Este cálculo proporciona una buena primera aproximación del coste de generación del vapor y sirve para controlar el rendimiento de la caldera. La siguiente tabla muestra la entrada de calor requerida para producir una libra de vapor saturado a diferentes presiones de operación y temperaturas del agua de alimentación variable. . XV) MINIMIZAR PÉRDIDAS POR CICLOS CORTOS DE LA CALDERA: El “ciclo corto” de la caldera ocurre cuando una caldera sobredimensionada satisface rápidamente la demanda


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Calderas Ingeniería mecanica

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