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Avanzado de d e Operador
de Calderas
CURSO AVANZADO PARA OPERADORES OPERADORES DE CALDERAS
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Secretaria de la Defensa Nacional Fabrica de Vestuario y Equipo Octubre 2013
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GENERALIDADES 1. RECORD RECORDATO ATORIO RIO ( Concep Conceptos tos Básico Básicoss )
TEMPERATURA La temperatur temperaturaa es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define d efine como una magnitud escalar relacionada con la energía energía interna interna de un sistema sistema termod termodiná inámic mico, o, definida definida por el princi principio pio cero de la termodinámica. más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los moimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de ibraciones. a medida medida de que sea ma!or la energía energía cinética de un sistema, sistema, se obsera que éste se encuentra encuentra más «caliente»" es decir, que su temperatura es ma!or. En el caso de un sólido, los moimientos en cuestión resultan ser las ibraciones de las partículas en sus sus siti sitios os dent dentro ro del del sóli sólido do.. en el caso caso de un gas gas ideal ideal monoat monoatóm ómic ico o se trat trataa de los los moimientos traslacionales de sus partículas #para los gases multi atómicos los moimientos rotacional ! ibracional deben tomarse en cuenta también$. El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura %a pasado por un largo proceso %istórico, !a que es necesario darle un alor numérico a una idea intuitia como es lo frío o lo caliente. La temperatura es una propiedad física que se refiere a las nociones comunes de calor o ausencia de calor, sin embargo su significado formal en termodinámica es más comple&o, a menudo el calor o el frío percibido por las personas tiene más que er con la sensación térmica , que con la temperatura real. 'undamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a niel macroscópico, la cual tiene una causa a niel microscópico, que es la energía promedio por la partícula.
CALOR (alor está está defini definido do como la forma forma de energía energía que se trans transfie fiere re entre difere diferente ntess cuerpos cuerpos o diferentes )onas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flu&o de energía siempre ocurre desde el cuerpo de ma!or temperatura %acia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia %asta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico #e&emplo* una bebida fría de&ada en una %abitación se entibia$. entibia$. La energí energíaa puede puede ser transf transferi erida da por difere diferente ntess mecani mecanismo smoss de transf transfere erenci ncia, a, estos estos son la radiación, radiación, la conducción conducción ! la conección, conección, aunque en la ma!oría ma!oría de los procesos reales reales todos se encuentran presentes en ma!or o menor grado. (abe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía e+iste e+iste en arias formas, formas, en este caso nos enfocamos enfocamos en el calor, que
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GENERALIDADES 1. RECORD RECORDATO ATORIO RIO ( Concep Conceptos tos Básico Básicoss )
TEMPERATURA La temperatur temperaturaa es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define d efine como una magnitud escalar relacionada con la energía energía interna interna de un sistema sistema termod termodiná inámic mico, o, definida definida por el princi principio pio cero de la termodinámica. más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los moimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de ibraciones. a medida medida de que sea ma!or la energía energía cinética de un sistema, sistema, se obsera que éste se encuentra encuentra más «caliente»" es decir, que su temperatura es ma!or. En el caso de un sólido, los moimientos en cuestión resultan ser las ibraciones de las partículas en sus sus siti sitios os dent dentro ro del del sóli sólido do.. en el caso caso de un gas gas ideal ideal monoat monoatóm ómic ico o se trat trataa de los los moimientos traslacionales de sus partículas #para los gases multi atómicos los moimientos rotacional ! ibracional deben tomarse en cuenta también$. El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura %a pasado por un largo proceso %istórico, !a que es necesario darle un alor numérico a una idea intuitia como es lo frío o lo caliente. La temperatura es una propiedad física que se refiere a las nociones comunes de calor o ausencia de calor, sin embargo su significado formal en termodinámica es más comple&o, a menudo el calor o el frío percibido por las personas tiene más que er con la sensación térmica , que con la temperatura real. 'undamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a niel macroscópico, la cual tiene una causa a niel microscópico, que es la energía promedio por la partícula.
CALOR (alor está está defini definido do como la forma forma de energía energía que se trans transfie fiere re entre difere diferente ntess cuerpos cuerpos o diferentes )onas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flu&o de energía siempre ocurre desde el cuerpo de ma!or temperatura %acia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia %asta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico #e&emplo* una bebida fría de&ada en una %abitación se entibia$. entibia$. La energí energíaa puede puede ser transf transferi erida da por difere diferente ntess mecani mecanismo smoss de transf transfere erenci ncia, a, estos estos son la radiación, radiación, la conducción conducción ! la conección, conección, aunque en la ma!oría ma!oría de los procesos reales reales todos se encuentran presentes en ma!or o menor grado. (abe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía e+iste e+iste en arias formas, formas, en este caso nos enfocamos enfocamos en el calor, que
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es el proceso proceso mediante el cual la energía se puede transferir transferir de un sistema sistema a otro como resultado resultado de la diferencia de temperatura.
-ransmisión del (alor E+isten tres formas de transmisión del calor* radiación, conección ! conducción. adiación La radiación del calor se manifiesta por los ra!os o las ondas caloríficas que enía el sol a traés del espacio. /odemos tener radiación en una lámpara incandescente u otro ob&eto mu! caliente, !a que sus ra!os ra!os calorí calorífic ficos os son mu! seme&a seme&ante ntess a los ra!os ra!os lumino luminosos sos.. 0e puede puede defini definirr a la radiación radiación como la transmisión transmisión de calor a traés de sustancias sustancias intermedia intermediass sin calentar calentar a éstas. éstas. El calor transmitido por los ra!os prácticamente no calientan el aire a traés el cual pasan, sino que e&ercen su acción sobre los ob&etos que encuentran en su camino, los cuales sí absorben dic%o calor. (onección 0ignifica la transferencia del calor de un lugar a otro por el moimiento o la circulación de aire, agua u otros gases o líquidos calientes. ic%a circulación puede producirse en forma natural o artificial. /or e&emplo* si generamos corriente de aire alrededor de un ob&eto caliente por medio de un entilador entilador o también también si %acemos %acemos circular corriente corriente de agua alrededor alrededor de un ob&eto caliente, el liquido será el agente transmisor del calor. n e&emplo de ésta lo tenemos en el secador de cabello, !a que el calor de éste es transmitido al e+terior por una circulación for)ada. (onducción Es la transferencia de calor de un cuerpo sólido. 0i tomamos una arilla de metal ! colocamos un e+tremo de ésta sobre el fuego, el calor pasara por conducción al otro e+tremo. Los metales son buenos conductores co nductores del calor ! e+isten otros materiales que cu!as cualidades son completamente opuestas.
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Escalas de -emperatura Escala (entígrada* 0e le asigna el alor cero #4$ a la temperatura de fusión del agua a presión normal ! a 356 de latitud. El interalo entre dic%as temperaturas se diide en 144 partes, cada una de las cuales recibe el nombre de grado centígrado o grado (elsius #6( $. Las temperaturas inferiores a la de fusión del agua resultan negatias en esta escala. Escala 'a%ren%eit* 0e le da el alor de 2 a la temperatura de fusión del agua ! el alor de 212 a la de ebullición del agua. El interalo de dic%as temperaturas se diide en 174 partes, cada una de las cuales se denomina grado 'a%ren%eit #6'$. Escala eaumur* La temperatura de fusión del agua se designa por cero #4$ ! la ebullición del agua por 74, diidiéndose el interalo entre ellas en 74 partes, cada una de las cuales se denomina grado réaumur #6$. La ecuación que relaciona las diferentes escalas de temperatura es* La escala centígrada se usa preferentemente en traba&os científicos ! en los países latinos. La escala 'a%ren%eit es más usada popularmente en los E.E... ! en 8nglaterra. La escala réaumur se emplea e+clusiamente en los países escandinaos. La e+perimentación ! los ra)onamientos teóricos %an indicado que no es posible lograr temperaturas inferiores a cierta temperatura mínima que recibe el nombre de cero absoluto. 9 esta temperatura la energía de las moléculas de los cuerpos tiene su menor alor posible. El cero absoluto corresponde en la escala centígrada a una temperatura de :2;.1< 6(, usualmente se toma el alor de :2; 6(. /or esta ! otras ra)ones, Lord =elin #0ir >illiam -%ompson$ propuso medir las temperaturas negatias o ?ba&o cero?. Escala =elin* Es la escala absoluta cu!o cero coincide con el cero absoluto ! cu!os grados tienen el mismo alor que los grados centígrados. En esta escala el cero absoluto corresponde a 4 6=, la temperatura de fusión del agua corresponde a 2; 6= ! la de ebullición del agua corresponde a ;6=. La escala absoluta de =elin se utili)a muc%o en la ciencia.
Escala an@ine*
Es la escala absoluta correspondiente al 'a%ren%eit, donde el punto cero corresponde a :35A.; 6'.
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(aloría La unidad con la que se mide el calor es la caloría o @ilocaloría. epresenta el calor necesario para aumentar en 16( de temperatura una masa de 1 litro de agua. (omo esta unidad es demasiado grande se suele emplear la pequeBa caloría, también llamada gramo caloría, que representa la cantidad de calor necesario para aumentar en 16( la masa de 1 gramo de agua. (abe destacar que la pequeBa caloría resulta 1444 eces menor que la @ilocaloría. /ara eitar confundirse la caloría #c$ se emplea en la practica de traba&o de laboratorio, mientras que la @ilocaloría o caloría #($ es la que se emplea en la practica. La unidad de medida del calor en el sistema inglés es la denominada C- #Critis% -%ermal nit$ que eso significa nidad -érmica Critánica ! representa la cantidad de calor necesaria para elear la temperatura de una libra de agua en 16'.
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PRESION La presión es una magnitud física que se mide como la pro!ección de la fuer)a en dirección perpendicular por unidad de superficie #es una magnitud es escalar$, ! sire para caracteri)ar cómo se aplica una determinada fuer)a resultante sobre una línea. En el 0istema 8nternacional la presión se mide en una unidad deriada que se denomina pascal #/a$ que es equialente a una fuer)a total de un neDton actuando uniformemente en un metro cuadrado. En el 0istema 8nglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada #pound per square inc% o psi$ que es equialente a una fuer)a total de una libra actuando en una pulgada cuadrada. /resión absoluta ! relatia En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relatia, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. (onsecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica # Pa$ más la presión manométrica # Pm$ #presión que se mide con el manómetro$.
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/resión de un gas /ara un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m ! moiéndose con una elocidad aleatoria promedio rms contenido en un olumen cbico V las partículas del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede calcularse de manera estadística intercambiando momento lineal con las paredes en cada c%oque ! efectuando una fuer)a neta por unidad de área que es la presión e&ercida por el gas sobre la superficie sólida. /ropiedades de la presión en un medio fluido
1. La fuer)a asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre %acia el e+terior del fluido, por lo que debido al principio de acción ! reacción, resulta en una compresión para el fluido, &amás una tracción.
2. La superficie libre de un líquido en reposo #! situado en un campo graitatorio constante$ es siempre %ori)ontal. Eso es cierto sólo en la superficie de la -ierra ! a simple ista, debido a la acción de la graedad constante. 0i no %a! acciones graitatorias, la superficie de un fluido es esférica !, por tanto, no %ori)ontal.
. En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión que es función nicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. <
ESTADOS DE AGREGACION DE LA MATERIA
Fas 0e denomina gas al estado de agregación de la materia en el cual, ba&o ciertas condiciones de temperatura ! presión, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma ! el olumen del recipiente que las contiene ! tendiendo a separarse, esto es, e+pandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases son fluidos altamente compresibles, que e+perimentan grandes cambios de densidad con la presión ! la temperatura. Las moléculas que constitu!en un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueen en el acío a gran elocidad ! mu! separadas unas de otras, e+plicando así las propiedades* G Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuer)as graitatorias ! de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la elocidad a que se mueen sus moléculas. G Los gases ocupan completamente el olumen del recipiente que los contiene. G Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene. G /ueden comprimirse fácilmente, debido a que e+isten enormes espacios acíos entre unas moléculas ! otras. 9 temperatura ! presión ambientales los gases pueden ser elementos como el %idrógeno, el o+ígeno, el nitrógeno, el cloro, el flor ! los gases nobles, compuestos como el dió+ido de carbono o el propano, o me)clas como el aire.
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Hapor El apor es el estado en el que se encuentra un gas cuando se %alla a un niel inferior al de su punto crítico" éste %ace referencia a aquellas condiciones de presión ! temperatura por encima de las cuales es imposible obtener un líquido por compresión. 0i un gas se encuentra por deba&o de ese punto, esto significa que es susceptible de condensación a traés de una reducción de su temperatura #manteniendo la presión constante$ o por ía de la presuri)ación #con temperatura constante$. Es importante aclarar que un gas es una sustancia que cumple con una característica bien definida* no tener ni forma ni olumen propios. Esto le permite amoldarse a las formas del elemento que lo contiene o dispersarse si no se encuentra contenido. El apor de agua es el gas obtenido a partir de la ebullición #el proceso físico por el cual la totalidad de la masa de un líquido se conierte al estado gaseoso$ o de la eaporación #el mismo proceso, pero que puede concretarse a una temperatura indistinta ! sin que toda la masa del líquido llegue a su punto de ebullición$ del agua líquida o de la sublimación #el cambio del estado sólido al gaseoso$ del %ielo. Este apor no tiene olor ni color.
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Liquido El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible #lo que significa que su olumen es, mu! apro+imadamente, constante en un rango grande de presión$. El estado líquido es un estado de agregación de la materia intermedio entre el estado sólido ! el estado gaseoso. Las moléculas de los líquidos no están tan pró+imas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases. Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al a)ar que arían con el tiempo. Las distancias intermoleculares son constantes dentro de un estrec%o margen. En algunos líquidos, las moléculas tienen una orientación preferente, lo que %ace que el líquido presente propiedades anisótropas #propiedades, como el índice de refracción, que arían segn la dirección dentro del material$. Los líquidos presentan tensión superficial ! capilaridad, generalmente se dilatan cuando se incrementa su temperatura ! pierden olumen cuando se enfrían, aunque sometidos a compresión su olumen es mu! poco ariable a diferencia de lo que sucede con otros fluidos como los gases. Los ob&etos inmersos en algn líquido están su&etos a un fenómeno conocido como flotabilidad. 0olido n cuerpo sólido es uno de los cuatro estados de agregación de la materia se caracteri)a porque opone resistencia a cambios de forma ! de olumen. 0us partículas se encuentran &untas ! correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran co%esión ! adoptan formas bien definidas. 0on, por tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles #que no pueden ser
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comprimidos$, duros ! resistentes. /oseen olumen constante ! no se difunden, !a que no pueden despla)arse. (aracterísticas G Elasticidad G 'ragilidad G ure)a G 'orma definida G Holumen definido G 9lta densidad G 'lotación G 8nercia G -enacidad G Ialeabilidad G uctilidad
/lasma 7
En física ! química, se denomina plasma al cuarto estado de agregación de la materia, un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente ! no poseen equilibrio electromagnético, por eso son buenos conductores eléctricos ! sus partículas responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de largo alcance. El plasma es el estado de agregación más abundante de la naturale)a, ! la ma!or parte de la materia en el nierso isible se encuentra en estado de plasma, la ma!oría del cual es el enrarecido plasma intergaláctico ! en las estrellas.
E!APORACION La eaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento ! gradual de un estado líquido %acia un estado gaseoso, tras %aber adquirido suficiente energía para encer la tensión superficial. 9 diferencia de la ebullición, la eaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más eleada aquella. Jo es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición.
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(uando e+iste un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de apor saturado, la cual no depende del olumen, pero aría segn la naturale)a del líquido ! la temperatura. 0i la cantidad de gas es inferior a la presión de apor saturado, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa* eso es la eaporación. (uando la presión de apor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición. Este fenómeno también es llamado de enfriamiento eaporatio. n e&emplo para dic%o fenómeno es la transpiración #sudor$.
AGUA DURA En química, el "#$" c"%cá&e" o "#$" '$&" Kpor contraposición al agua blandaK es aquella que contiene un alto niel de minerales, en particular sales de magnesio ! calcio. 9 eces se da como límite para denominar a un agua como dura una dure)a superior a 124 mg (a(ML. La dure)a del agua se e+presa normalmente como cantidad equialente de carbonato de calcio #aunque propiamente esta sal no se encuentre en el agua$ ! se calcula, genéricamente, a partir de la suma de las concentraciones de calcio ! magnesio e+istentes #miligramos$ por cada litro de agua" que puede e+presarse en concentración de (a(. Es decir* A
ure)a #mgMl de (a($ N 2,54 O(aPPQ P 3,1< OIgPPQ. onde* G C"*+ Concent&"ci,n 'e ion C" e-p&es"'o en #/%. G M#*+ Concent&"ci,n 'e ion M# e-p&es"'o en #/%. Los coeficientes se obtienen de las proporciones entre la masa molecular del (a( ! las masas atómicas respectias* 144M34 #para el (aPP$" ! 144M23 #para el OIgPPQ$.
Tipos 'e '$&e0" En la dure)a total del agua se puede %acer una distinción entre dureza temporal #o de carbonatos$ ! dureza permanente #o de no-carbonatos$ generalmente de sulfatos ! cloruros.
D$&e0" tepo&"%
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La dure)a temporal se produce a partir de la disolución de carbonatos en forma de %idrógeno carbonatos #bicarbonatos$ ! puede ser eliminada al %erir el agua o por la adición del %idró+ido de calcio #(a#R$2$. El carbonato de calcio es menos soluble en agua caliente que en agua fría, así que %erir #que contribu!e a la formación de carbonato$ se precipitará el bicarbonato de calcio fuera de la solución, de&ando el agua menos dura. Los carbonatos pueden precipitar cuando la concentración de ácido carbónico disminu!e, con lo que la dure)a temporal disminu!e, ! si el ácido carbónico aumenta puede aumentar la solubilidad de fuentes de carbonatos, como piedras cali)as, con lo que la dure)a temporal aumenta. -odo esto está en relación con el pR de equilibrio de la calcita ! con la alcalinidad de los carbonatos. Este proceso de disolución ! precipitación es el que prooca las formaciones de estalagmitas ! estalactitas.
D$&e0" pe&"nente Esta dure)a no puede ser eliminada al %erir el agua, la causa más corriente es la presencia de sulfatos !Mo cloruros de calcio ! de magnesio en el agua, sales que son más solubles segn sube la temperatura, %asta cierta temperatura, luego la solubilidad disminu!e conforme aumenta la temperatura.
Me'i'"s 'e %" '$&e0" 'e% "#$" 14
Las medidas de dure)a o grado %idrotimétrico del agua son*
(a(Ml o ppm de (a( Iiligramos de carbonato cálcico #(a($ en un litro de agua" esto es equialente a ppm de (a(. Frado alemán # Deutsche Härte, SdR$ Equiale a 1;,A mg (a(Ml de agua. Frado americano Equiale a 1;,2 mg (a(Ml de agua. Frado francés #SfR$ Equiale a 14,4 mg (a(Ml de agua. Frado inglés #SeR$ o grado (lar@ Equiale a 13, mg (a(Ml de agua. La forma más comn de medida de la dure)a de las aguas es por titulación con E-9. Este agente quelante permite alorar con&untamente el (a ! el Ig #a pRN14$ o sólo el (a #a pRN12$, por los comple&os que forma con dic%os cationes.
C%"siic"ci,n 'e %" '$&e0" 'e% "#$"
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Tipos 'e "#$" #/% 3 4'3 4e3 9gua blanda T1; T1.; T4.A5 T1.1A 9gua leemente dura T<4 T<.4 T.5 T3.24 9gua moderadamente dura T124 T12.4 T<.;4 T7.A 9gua dura T174 T17.4 T14.45 T12.5A 9gua mu! dura U174 U17.4 U14.45 U12.5A
E%iin"ci,n 'e %" '$&e0" Las operaciones de eliminación de dure)a se denominan ablandamiento de aguas. La dure)a puede ser eliminada utili)ando el carbonato de sodio #o de potasio$ ! cal. Estas sustancias causan la precipitación del (a como carbonato ! del Ig como %idró+ido. tro proceso para la eliminación de la dure)a del agua es la descalcificación de ésta mediante resinas de intercambio iónico. Lo más %abitual es utili)ar resinas de intercambio catiónico que intercambian los iones calcio ! magnesio presentes en el agua por iones sodio u otras que los intercambian por iones %idrógeno. La dure)a se puede determinar fácilmente mediante reactios. La dure)a también se puede percibir por el sabor del agua. Es coneniente saber si el agua es agua dura, !a que la dure)a puede proocar depósitos o incrustaciones de carbonatos en conducciones de laadoras, calentadores, ! calderas o en las planc%as. 0i !a se %an formado, se pueden eliminar con algunos productos antical e+istentes en el mercado, aunque un método mu! álido para conseguir disoler los carbonatos es aplicar un ácido débil #acético, cítrico, etc.$ en los depósitos.
Resin"s c"ti,nic"s 'e áci'o $e&te 8ntercambian iones positios #cationes$. 'uncionan a cualquier pR. Es la destinada a aplicaciones de suai)ado de agua, como primera columna de deioni)ación en los desminerali)adores o para lec%os mi+tos. Elimina los cationes del agua ! necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente acido clor%ídrico #R(l$.
Resin"s c"ti,nic"s 'e áci'o '56i% -ienen menor capacidad de intercambio. Jo son funcionales a pR ba&os. Eleado %inc%amiento ! contracción lo que %ace aumentar las perdidas de carga o proocar roturas en las botellas cuando no cuentan con suficiente espacio en su interior. 0e trata de una resina mu! eficiente, requiere menos acido para su regeneración, aunque traba&an a flu&os menores que las de ácido fuerte. Es %abitual regenerarlas con el ácido de desec%o procedente de las de ácido fuerte.
7C,o t&"6"8" e% inte&c"6io 'e &esin"s i,nic"s9
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Las resinas se separan como cuentas esféricas 4,5 a 1,4 mm de diámetro. Estos parecen sólidos, incluso ba&o el microscopio, pero a escala molecular la estructura es bastante abierta. Esto significa que la solución pasa por una capa de resina que puede fluir a traés del polímero entrecru)ado, puesta en contacto íntimo con los sitios de intercambio. La afinidad de las resinas de ácido sulfrico para los cationes aría con el tamaBo ! la carga iónica del catión. En general, la afinidad es ma!or para los grandes iones con alta alencia. 9lgunos e&emplos de resinas de intercambio iónico por orden de afinidad para algunos cationes comunes son apro+imadamente* Rg2P VLiP VRP VJaP V =P W JR3P V (d2P V (sP V 9gP V In2P V Ig2PV Xn2P V (u2P V Ji2P V (o2P V (a2P V 0r2P /b2P V 9lP V 'eP. esina de intercambio catiónico 2
Ap%ic"ciones 'e %"s &esin"s 'e inte&c"6io i,nico en %" in'$st&i" 'e T&"t"iento 'e "#$"s G Eliminación de la dure)a del agua. G Eliminación de calcio ! magnesio eitando así depósitos e incrustaciones. 0e emplean resinas de poli estireno sifonado G Eliminación de %ierro ! manganeso, cu!a presencia puede manc%ar te&idos, formar depósitos en tuberías e inducir su corrosión. Este proceso debe reali)arse con precaución por e+istir un riesgo de que ambos iones precipiten sobre la resina. G 9lcalinidad del agua* Eliminación de aniones bicarbonato, carbonato e %idró+idos. Feneralmente se emplean resinas en forma cloruro. G Eliminación de materia orgánica* Eliminación de ácidos orgánicos #e&emplos* ácidos %umicos o taninos$ precursores de tri%alometanos al clorar el agua. 0e emplean generalmente resinas anionicas en forma de cloruro, especialmente d e tipo acrilico. G Eliminación de nitratos* Eliminación de aniones nitrato J:, mediante resinas en forma de cloruro. G Eliminación del ion amonio* Eliminación de JR3P por medio de resinas catiónicas. G eioni)ación del agua* educción de los cationes #(a2P, JaP, Ig2P, etc$ ! aniones #(l:, 03 2:, etc$ presentes en el agua a nieles mu! ba&os. Iu! importante para laboratorios, industrias farmacéuticas, cosméticos, microelectrónica, etc. 0e reali)a mediante una resina catiónica ! dos resinas anicónicas, una básica débil que adsorberá los ácidos fuertes ! otra básica para intercambiar los aniones.
LADRILLO RE:RACTARIO El %"'&i%%o &e&"ct"&io es un tipo de material cerámico que posee una serie de características especiales, lo que permite %acer un gran uso de éste dentro de instalaciones industriales o en traba&os de estufas domésticas.
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GASES DE COMBUSTION G"ses 'e co6$sti,n Los #"ses 'e co6$sti,n son el resultado la combustión de las materias combustibles, como gasolinaMpetróleo, iésel o carbón. En las combustiones locali)adas ! controladas, se descargan a la atmósfera a traés de una tubería o c%imenea. 9unque gran parte de los gases de combustión está compuesto por el relatiamente inofensio dió+ido de carbono ! por agua en forma de apor, también contiene sustancias nocias o tó+icas como el monó+ido de carbono #($, %idrocarburos #R($, ó+idos de a)ufre #0+$, más raramente ó+idos de nitrógeno #J+$ ! aerosoles. Los gases de combustión del iésel tienen un olor característico. Los estándares de control del deterioro de la calidad del aire suelen centrarse en reducir los contaminantes que llean éstos gases.
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TIPOS DE !APOR DE AGUA
1.
Hapor 0aturado
2.
Hapor %medo
.
Hapor 0obrecalentado
3.
9gua 0upercrítica
0i el agua es calentada más por sobre su punto de ebullición, esta se conierte en apor, o agua en estado gaseoso. 0in embargo, no todo el apor es el mismo. Las propiedades del apor arían de gran forma dependiendo de la presión ! la temperatura la cual esta su&eto.
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Re%"ci,n P&esi,n;Tepe&"t$&" 'e% A#$" < !"po&
Los resultados del apor saturado #seco$ cuando el agua es calentada al punto de ebullición #calor sensible$ ! después eaporada con calor adicional #calor latente$. 0i este apor es posteriormente calentado por arriba del punto de saturación, se conierte en apor sobrecalentado #calor sensible$.
!"po& S"t$&"'o (omo se indica en la línea negra en la parte superior de la grafica, el apor saturado se presenta a presiones ! temperaturas en las cuales el apor #gas$ ! el agua #liquido$ pueden coe+istir &untos. En otras palabras, esto ocurre cuando el rango de apori)ación del agua es igual al rango de condensación.
!ent"8"s 'e $s"& ="po& s"t$&"'o p"&" c"%ent"iento
El apor saturado tiene arias propiedades que lo %acen una gran fuente de calor, particularmente a temperaturas de 144 S( #212S'$ ! mas eleadas. 9lgunas de estas son*
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La eficiencia de calentamiento se puede er reducida si se usa un apor diferente al apor seco para los procesos de calentamiento. (ontrario a la percepción comn, irtualmente no todo el apor generado en una caldera es apor seco, si no apor %medo, el cual contiene algunas moléculas de agua no apori)adas.
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La perdida de calor por radiación ocasiona que una parte del apor se condense. /or lo tanto el apor %medo generado se uele aun mas %medo, ! también se forma mas condensado, el cual debe ser remoido al instalar trampas de apor en las locaciones apropiadas.
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(ondensado el cual es mas pesado caerá del flu&o de apor ! puede ser remoido a traés de piernas de condensado ! trampas de apor. 0in embargo, el apor %medo que es arrastrado reducirá la eficiencia de calentamiento, ! deberá ser remoido por medio de estaciones de separación en el punto de uso o en la distribución.
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El apor que incurre en perdidas de presión debido a e+ceso de fricción en la tubería, etc., podría resultar también en su correspondiente perdida en temperatura.
!"po& >?e'o Esta es la forma mas comn da apor que se pueda e+perimentar en plantas. (uando el apor se genera utili)ando una caldera, generalmente contiene %umedad proeniente de las partículas de agua no apori)adas las cuales son arrastradas %acia las líneas de distribución de apor. 8ncluso las me&ores calderas pueden descargar apor conteniendo de un Y a un 5Y de %umedad. 9l momento en el que el agua se apro+ima a un estado de saturación ! comien)a a eaporarse, normalmente, una pequeBa porción de agua generalmente en la forma de gotas, es arrastrada en el flu&o de apor ! arrastrada a los puntos de distribución. Este uno de los puntos claes del porque la separación es usada para remoer el condensado de la línea de distribución.
!"po& So6&ec"%ent"'o El apor sobrecalentado se crea por el sobrecalentamiento del apor saturado o %medo para alcan)ar un punto ma!or al de saturación. Esto quiere decir que es un apor que contiene ma!or temperatura ! menor densidad que el apor saturado en una misma presión. El apor sobrecalentado es usado principalmente para el moimiento:impulso de aplicaciones como lo son las turbinas, ! normalmente no es usado para las aplicaciones de transferencia de calor.
!ent"8"s 'e $s"& ="po& so6&ec"%ent"'o p"&" ip$%s"& t$&6in"s+ /ara mantener la sequedad del apor para equipos impulsados por apor, para los que su rendimiento se e afectado por la presencia de condensado
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/ara me&orar la eficiencia térmica ! capacidad laboral , e&. /ara lograr ma!ores cambios en el olumen especifico del estado sobrecalentado a menores presiones, incluso a acío. Es enta&oso tanto como para suministro así como para la descarga de apor mientras que se encuentre en el estado de sobrecalentamiento !a que el condensado no se generara dentro del equipo impulsado por apor durante una operación normal, minimi)ando así el riesgo a daBos ocasionados por la erosión o la erosión acido carbónica. 9demás, como la eficiencia térmica teórica de la turbina es calculada del alor de la entalpía a la entrada ! a la salida de la turbina, incrementando el grado de sobrecalentamiento así como la presión incrementa la entalpía a la entrada de la turbina, ! es por lo tanto efectia al me&orar la eficiencia térmica. /or estas ! otras ra)ones, se prefiere al apor saturado por sobre el apor sobrecalentado como medio de calentamiento en intercambiadores de calor ! otros equipos de transferencia de calor. /or otro lado, desde el punto de ista de usarlo como fuente de calor para un calentamiento directo como un gas de alta temperatura, tiene algunas enta&as por sobre el aire caliente como que puede ser usado como fuente de calentamiento ba&o las condiciones de libre de o+igeno. e igual manera se reali)an inestigaciones para el uso de apor sobrecalentado en aplicaciones de industrias procesadoras de alimentos tales como el cocimiento ! el secado.
A#$" S$pe&c&@tic" 1<
El agua supercrítica es agua en estado que e+cede su punto critico* 22.1I/a, ;3 S( #247 psia, ;45S'$. En el punto critico, el calor latente del apor es cero, ! su olumen especifico es e+actamente igual !a sea que se considere como gas o liquido. En otras palabras, el agua que se encuentra a una presión ! temperatura ma!or que la de su punto critico es un estado indistinguible en el cual no es liquido o gas. El agua supercrítica es utili)ada para impulsar turbinas en plantas de energía que demandan ma!or eficiencia. 8nestigaciones sobre agua supercritica se reali)an con un énfasis %acia su uso como fluido que tiene propiedades tanto de liquido ! gas, ! en particular que es adecuado para su uso como solente para reacciones químicas.
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2. TRATAMIENTO DEL AGUA PARA CALDERAS AGUA+ Es el compuesto más abundante ! más ampliamente e+tendido. En estado sólido, en forma de %ielo o niee, cubre las regiones más frías de la tierra" en estado líquido, lagos, ríos, ! océanos, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre. Está presente en el aire en forma de apor de agua. Ra! agua en toda materia ia, constitu!endo el <5Y del cuerpo %umano. -odos los alimentos contienen agua. ebido a su gran abundancia ! a que su ebullición se efecta a temperaturas conenientes, puede ser conertida en apor, resulta un medio ideal para la generación de la fuer)a. (J0-8-ZEJ-E0 EL 9F9 El agua es el fluido de traba&o de los sistemas de apor ! una de las sustancias naturales más abundantes" sin embargo, nunca se encuentra en estado puro, adecuado para la alimentación directa de una caldera. /or lo comn en estado natural, el agua se encuentra turbia, con materias sólidas en suspensión fina. 8ncluso cuando está clara, el agua natural contiene soluciones de sales ! ácidos que daBan con rapide) el acero ! los metales a base de cobre de los sistemas de apor. 0egn los elementos que la acompaBan, podríamos considerar las mismas en dos grandes grupos* ?Elementos isueltos? ! ?Elementos en 0uspensión?, esto lo constitu!en los minerales finamente diididos, como las arcillas ! los restos de organismos egetales o animales" ! la cantidad de sustancias suspendidas, que son ma!or en aguas turbulentas que en aguas quietas ! de poco moimiento. Es importante destacar que es necesario aBadir a las descritas, los residuos que las industrias lan)an a los recursos fluiales procedentes de d istintos procesos de producción. (onstitu!en los elementos disueltos en el agua, las sustancias orgánicas, los gases disueltos, las sales minerales ! la sílice, aunque ésta también suele aparecer como elemento en suspensión en forma de finísimas partículas o coloides. Las aguas pueden considerarse segn la composición de sales minerales presentes, en*
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A#$"s '$&"s+ 8mportante presencia de compuestos de calcio ! magnesio, poco solubles, principales responsables de la formación de depósitos e incrustaciones.
A#$"s B%"n'"s+ 0u composición principal está dada por sales minerales de gran solubilidad.
A#$"s Ne$t&"s+ (omponen su formación una alta concentración de sulfatos ! cloruros que no aportan al agua tendencias ácidas o alcalinas, o sea que no alteran sensiblemente el alor de pR.
A#$"s A%c"%in"s+ Las forman las que tienen importantes cantidades de carbonatos ! bicarbonatos de calcio, magnesio ! sodio, las que proporcionan al agua reacción alcalina eleando en consecuencia el alor del pR presente. Los gases disueltos en el agua, proienen de la atmósfera, de desprendimientos gaseosos de determinados subsuelos, ! en algunas aguas superficiales de la respiración de organismos animales ! egetales. Los gases disueltos que suelen encontrarse son él o+igeno, nitrógeno, an%ídrido carbónico presente procede de la atmósfera arrastrado ! laado por la lluia, de la respiración de los organismos iientes, de la descomposición anaeróbica de los %idratos de carbono ! de la disolución de los carbonatos del suelo por acción de los ácidos, también puede aparecer como descomposición de los bicarbonatos cuando se modifica el equilibrio del agua que las contenga. El gas carbónico se disuele en el agua, en parte en forma de gas ! en parte reaccionando con el agua para dar ácido carbónico de naturale)a débil que se disocia como ión bicarbonato ! ión %idrógeno, el que confiere al agua carácter ácido.
P&o6%e"s 'e&i="'os 'e %" $ti%i0"ci,n 'e% "#$" en c"%'e&"s Los problemas mas frecuentes presentados en calderas pu eden diidirse en dos grandes grupos* /roblemas de corrosión /roblemas de incrustación 9unque menos frecuente, suelen presentarse ocasionalmente* /roblemas de ensuciamiento !Mo contaminación.
P&o6%e"s 'e co&&osi,n+
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/ara que esta apare)ca, es necesario que e+ista presencia de agua en forma líquida, el apor seco con presencia de o+ígeno, no es corrosio, pero los condensados formados en un sistema de esta naturale)a son mu! corrosios. En las líneas de apor ! condensado, se produce el ataque corrosio más intenso en las )onas donde se acumula agua condensada. La corrosión que produce el o+ígeno, suele ser seera, debido a la entrada de aire al sistema, a ba&o alor de pR, el bió+ido de carbono abarca por si mismo los metales del sistema ! acelera la elocidad de la corrosión del o+ígeno disuelto cuando se encuentra presente en el o+ígeno. El o+ígeno disuelto ataca las tuberías de acero al carbono formando montículos o tubérculos, ba&o los cuales se encuentra una caidad o celda de corrosión actia* esto suele tener una coloración negra, formada por un ó+ido ferrosoférrico %idratado. na forma de corrosión que suele presentarse con cierta frecuencia en calderas, corresponde a una reacción de este tipo* 'e P 3 R2 ::::::::::U 'e3 P 3 R2 Esta reacción se debe a la acción del metal sobre calentado con el apor. tra forma frecuente de corrosión, suele ser por una reacción electroquímica, en la que una corriente circula debido a una diferencia de potencial e+istente en la superficie metálica. Los metales se disuelen en el área de más ba&o potencial, para dar iones ! liberar electrones de acuerdo a la siguiente ecuación* En el ánodo 'e6 : 2 e: :::::::::::::::U 'ePP En el cátodo 2 P 2 R2 P 3 e: ::::::::::U 3 R Los iones R: #o+idrilos$ formados en el cátodo migran %acia el ánodo donde completan la reacción con la formación de %idró+ido ferroso que precipita de la siguiente forma* 'e PP P 2 R: ::::::::::U #R$2 'e 0i la concentración de %idró+ido ferroso es eleada, precipitará como flóculos blancos. El %idró+ido ferroso reacciona con el o+ígeno adicional contenido en el agua segn las siguientes reacciones* 3 #R$2 'e P 2 :::::::::: 2 R2 P 3 #R$2 'e 2 #R$2 'e P R: ::::::::::U #R$ 'e P e #R$ 'e ::::::::::U R'e P R2 2 #R$ 'e ::::::::::U 'e2 . R2
P&o6%e"s 'e Inc&$st"ci,n+ La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suelen erse con ma!or frecuencia que lo estimado coneniente. El origen de las mismas está dado por las sales presentes en las aguas de aporte a los generadores de apor, las incrustaciones formadas son inconenientes
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debido a que poseen una conductiidad térmica mu! ba&a ! se forman con muc%a rapide) en los puntos de ma!or transferencia de temperatura. /or esto, las calderas incrustadas requieren un ma!or gradiente térmico entre el agua ! la pared metálica que las calderas con las paredes limpias. tro tema importante que debe ser considerado, es la falla de los tubos ocasionados por sobrecalentamientos debido a la presencia de depósitos, lo que dada su naturale)a, aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así sobreenir desgarros o rupturas en los tubos de la unidad con los per&uicios que ello ocasiona. Las sustancias formadoras de incrustaciones son principalmente el carbonato de calcio, %idró+ido de magnesio, sulfato de calcio ! sílice, esto se debe a la ba&a solubilidad que presentan estas sales ! algunas de ellas como es el caso del sulfato de calcio, decrece con el aumento de la temperatura. Estas incrustaciones forman depósitos duros mu! ad%erentes, difíciles de remoer, algunas de las causas más frecuentes de este fenómeno son las siguientes* [ E+cesia concentración de sales en el interior de la unidad. [ El apor o condensado tienen algn tipo de contaminación. [ -ransporte de productos de corrosión a )onas faorables para su precipitación. [ 9plicación inapropiada de productos químicos. Las reacciones químicas principales que se producen en el agua de calderas con las sales presentes por el agua de aporte son las siguientes* 24
(a PP P 2 R( : ::::::::::::U ( (a P (2 P R2 (a PP P 03 N ::::::::::::U 03(a (aPP P 0i N ::::::::U 0i(a IgPP P 2 ( R: :::::::::::::U ( Ig P (2 P R2 ( Ig P 2 R2 :::::::::U #R$2 Ig P (2IgPP P 0i :::::U 0i Ig
Ens$ci"iento po& Cont"in"ci,n. 0e consideran en este rubro como contaminante, distintas grasas, aceites ! algunos %idrocarburos, !a que este tipo de contaminación son las más frecuentes istas en la industria. ependiendo de la cantidad ! característica de los contaminantes e+istentes en el agua de aporte a caldera, la misma generará en su interior depósitos, formación de espuma con su consecuente arrastre de agua concentrada de caldera a la línea de apor ! condensado, siendo la misma causante de la formación de incrustaciones ! depósitos en la sección post:caldera. La formación de espuma, suele ocurrir por dos mecanismos, uno de ellos es el aumento del tenor de sólidos disueltos en el interior de la unidad, los que sobrepasan los límites aceptados de traba&o, la presencia de algunos tipos de grasas !Mo aceites #como ácidos orgánicos$ producen una saponificación de las mismas dada la alcalinidad, temperatura ! presión e+istentes en el interior de la caldera. La contaminación por %idrocarburos agrega a lo isto la formación de un film aislante dificultando la transferencia térmica entre los tubos ! el agua del interior de la unidad, agraándose esto con las características ad%erentes de este film que facilita ! promuee la
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formación de incrustaciones ! la formación de corrosión ba&o depósito, proceso que generalmente sigue al de formación de depósitos sobre las partes metálicas de una caldera. Luego de un tiempo, las características físicas del film formado cambian debido a la acción de la temperatura que reciben a traés de las paredes metálicas del sistema, lo que %ace que el mismo sufra un endurecimiento ! ?coquificación?, siendo este difícil de remoer por procedimientos químicos simples. /or todas estas consideraciones, se e como método más económico ! lógico de mantenimiento de calderas, efectuar sobre el agua de aporte a las mismas los procedimientos preentios que la misma requiera, eitando así costos de mantenimiento innecesarios ! paradas impreistas en plena etapa de producción con los costos que esto conllea.
LIMITES RECOMENDADOS PARA LOS CONSTITUENTES DEL AGUA UE SE USAN EN CALDERAS PARTES POR MILLON (PPM) P&esi,n %6/in2 4:44 41:354 351:<44 <41:;54 ;51:A44
Tot"% 'e s,%i'os A%c"%ini'"' 'is$e%tos 544 444 2544 2444 1544
;44 <44 544 344 44
D$&e0" 4 4 4 4 4
S@%ice
T$&6i'e0
144:<4 <4:35 35:5 5:25 25:15
1;5 154 125 144 ;5
Aceite ; ; ; ; ;
OBETI!OS DEL ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA 1. Eitar la acumulación de incrustación ! depósitos en la caldera. 2. Eliminar los gases disueltos en el agua. . /roteger la caldera contra la corrosión. 3. Eliminar el acarreo ! retardo #apor$. 5. Iantener la eficiencia más alta posible de la caldera. <. isminuir la cantidad de tiempo de parali)ación de la caldera para limpie)a.
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:os"tos &esi'$"%es 134 124 144 74 <4
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(on relación al tratamiento de agua para calderas, se %a estudiado ampliamente en el desarrollo de compuestos inorgánicos tales como* fosfatos, sulfitos, aminas, etc., sin embargo todos estos compuestos se comportan e+clusiamente como preentios, esto significa que cuando una caldera !a se encuentra incrustada, estos productos eitarán que dic%a incrustación contine creciendo, pero la incrustación formada no sufrirá disminución alguna #al contrario, tiende a aumentar cuando e+isten errores en la dosificación$ por tanto la desincrustación se deberá reali)ar manualmente o por medio de recirculación de ácidos teniendo este ltimo los riesgos correspondientes ! en ambas opciones se tendrá que parar el funcionamiento del equipo. La forma mas frecuente de e+presar la concentración de impure)as es la que relaciona las partes en peso del elemento por millón de partes de agua #ppm$ un grano por galón es igual a 1;.1 ppm. [ Los sólidos productores de espuma en grandes concentraciones dentro del agua de la caldera contribu!en a que esta sea portadora de partículas contaminantes ! por ende contaminan el apor. [ ebido a que el agua de la naturale)a no es apropiada para las calderas, es necesario reali)ar los siguientes tratamientos* 1. 0eparación de los elementos nocios del agua. 2. (onersión de las impure)as residuales en formas inocuas. . emoción sistemática por medio de purgas de los concentrados del agua de la caldera. [ La ra)ón fundamental del tratamiento de las aguas de alimentación ! de la caldera es eitar los depósitos de lodos e incrustaciones, que dan lugar a la corrosión de las superficies internas. [ La presencia de condiciones ácidas o gases disueltos dan lugar a la corrosión. [ La corrosión ! los depósitos sólidos están estrec%amente relacionados.
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Esto es debido a que las grandes concentraciones de sólidos a altas temperaturas, crean depósitos ! a su e) la corrosión. [ 9lgunas reacciones químicas presentan un ataque ínter granular en el metal, que se uele quebradi)o %asta que sobreiene la fractura. [ El tratamiento más apropiado económicamente &ustificado, para una planta determinada, depende de las características del agua disponible, en la cantidad de reposición ! el diseBo de su generador de apor ! sus accesorios.
AGUA CRUDA Los tratamientos que se le dan al agua cruda para conertirla en agua de alimentación comprenden uno o más de los siguientes procedimientos*
SEPARACIN DE SLIDOS EN SUSPENSIN* (onsiste en separar partículas grandes #tamices, telas o capas de material granular $ ! pequeBas # productos químicos$.
TRATAMIENTO UMICO PARA ELIMINAR LA DUREFA+ Las principales impure)as que dan lugar a la formación de incrustaciones en la caldera son calcio, magnesio ! sílice. La cal-sosa ! la soda ash mediante una reacción química forman un precipitado que puede separarse &unto con los lodos. En ambos procesos se obtiene sulfato de sodio.
ELIMINACIN DE LA DUREFA POR INTERCAMBIO DE CATIONES+ (iertos minerales como el silicato de aluminio ! sodio ! algunas resinas sintéticas, como los poliestirenos o materiales de tipo fenólico, poseen la capacidad de intercambiar los iones de sodio por iones de calcio ! magnesio, cuando éstos se encuentran en solución acuosa. Luego se %ace pasar el agua cruda o filtrada a traés de lec%os de partículas granuladas de )eolita. /ara restaurar los iones de sodio de la )eolita, se %ace pasar el agua por una salmuera con alta concentración de cloruro de sodio. En la actualidad el sistema mas popular de ablandamiento de aguas combina los tratamientos químicos con los intercambios de cationes, utili)ando cal caliente #con magnesio o sin él, para separar los silicatos$, seguida del intercambio de cationes de sodio en caliente.
DESMINERALIFACIN POR MEDIO DE LA SEPARACIN TOTAL DE SLIDOS DISUELTOS+ 9lgunos tipos de resinas orgánicas sintéticas tienen la capacidad de seleccionar ! separar los cationes o aniones indeseables en una solución acuosa, por intercambio de iones %idrógeno ! o+idrilo. Los iones de %idrógeno ! o+idrilo son liberados por la resina durante el proceso combinado, calentándose para formar agua pura.
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E!APORACIN+ El agua pura puede obtenerse colectando el destilado de la eaporación, al %erir el agua cruda, esto debido a que los constitu!entes solubles permanecen en el agua, entonces se separan por purgas sucesias o medios mecánicos. La contaminación del destilado se da por el arrastre de partículas de agua en el apor o reabsorción de gases no condensables. El recicla&e del condensado de apor procedente del calentamiento de procesos es coneniente para aproec%ar el condensado relatiamente puro. ebido a la disipación atmosférica ! a la contaminación por los equipos de procesamiento, se requiere casi siempre una cantidad adicional de materia prima.
AGUA DE ALIMENTACION. El agua de alimentación se forma con el condensado o con agua después de un tratamiento ! algunas eces con una me)cla de ambos. El factor primordial en la corrosión de superficies de acero en contacto con agua es el o+ígeno disuelto. Este gas puede eliminase en forma parcial calentando el agua a temperatura de ebullición en calentadores de agua de tipo abierto. /ara complementar se agrega %idracina o sulfito de sodio para remoer completamente el o+ígeno. tros gases que producen corrosión son el dió+ido de carbono, dió+ido de a)ufre ! ácido sulf%ídrico que se encuentran en el tubo de condensados ! en el sistema de precalentador. Estos gases pueden %aber tenido su origen en la atmósfera o se forman a partir de los constitu!entes del agua dentro de la caldera.
La presencia de gases en el condensado, da una reacción ácida causando así la corrosión. [ 0i se agrega amoniaco a algunas aminas olátiles como la morfolina o la ciclo%e+ilamina se logra aumentar el pR del agua de alimentación. [ (uando se agregan aminas formadoras de películas #que no elean el pR$, estas protegen las tuberías por medio de capas mono moleculares que se ad%ieren a la superficie metálica. [ El tratamiento interno del agua de la caldera tiene por ob&eto eitar la corrosión, las impure)as en las superficies conductoras de calor, contaminación del apor ! las condiciones ideales del agua. [ La preención de la corrosión en las calderas se reali)a manteniendo un estado alcalino o pR en el agua. La presencia de los iones %idrógeno #RP$ u o+idrilo #R:$ en las soluciones acuosas dan una reacción ácida o alcalina. [ (uando en una solución acuosa se encuentran presentes iones de muc%os compuestos, como sucede en las aguas de la caldera, se tiene una eleada actiidad de interacción entre ellos. Estos fenómenos se conocen como efecto amortiguador o \Cuffer] ! afecta la concentración de los
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iones específicos resultantes" entonces la solución tiende a acercarse al punto de equilibrio segn los principios químicos de acción de masas. [ El pR de una muestra de agua puede determinarse por la medida de su potencial eléctrico, o bien en forma apro+imada por indicadores que cambian de color dentro de determinados alores de pR debido a su relación con la solución. [ El pR del agua de una caldera que traba&e con una presión apro+imada de 1744 psi, mantiene un pR 14.2 a 11.5" si la presión es ma!or a esta se emplean lec%os desminerali)adores que disminu!en el pR entre A ! 14. [ Es necesario eliminar la dure)a del agua de la caldera para eitar las incrustaciones lo cual se consigue agregando fosfato de sodio o de potasio al agua de la caldera ! me)clando perfectamente. [ El pR lo ba&amos normalmente con o+ido clor%ídrico #RP$. [ El pR lo subimos con sodas #R:$. [ n pR alto #U 14$ me da formaciones de lodos insolubles ! no ad%erentes, mientras que un pR ba&o forma lodos ad%erentes. [ La sílice como impure)a puede entrar en el sistema en forma de compuestos solubles, como partículas finamente diididas que no son retenidas en el proceso de filtración, una e) dentro se disuele en el agua alcalina de la caldera o se combina con ella ! entra en solución ! produce incrustaciones ad%erentes, ! en otras ocasiones produce silicatos que forman incrustaciones con el o+ido de %ierro o almina. [ Los limites de las concentraciones arían en función de la presión de operación, en un interalo que a de 14 ppm con 1444 psi a 4. ppm con 2544 psi. [ El método Chelant para tratamiento de agua es utili)ado en la industria por muc%os operadores de caldera. El Chelant reacciona con los residuos dialentes de los iones metálicos de calcio, %ierro ! magnesio .
DESAIREADORES+
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[ 0e conocen como desaireadores #desgasificadores$ aquellos dispositios mecánicos empleados para liberar los gases contenidos en el agua de alimentación #aire, o+igeno, an%ídrido carbónico ! otros gases$.
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[ 0u funcionamiento consiste en diidir el agua de alimentación en finas gotitas, calentándolas a continuación para transformarlas en apor dentro del desaireador, ! separar el aire, an%ídrido carbónico ! otros gases del apor a medida que este se a condensando. En los desaireadores el fluido calorífico acostumbra a ser el apor, a presiones comprendidas entre alores altos %asta otros inferiores a la presión atmosférica. [ n calentador de agua de alimentación del tipo abierto o de contacto directo puede desempeBar la función de desaireador con tal que el agua se caliente a una temperatura suficientemente alta para que se desprendan los gases contenidos en ella, los cuales se %acen salir por el purgador del calentador. [ El agua a pesar de encontrarse en grandes cantidades, no siempre se encuentra en las me&ores condiciones, por tal ra)ón es necesario reali)ar un tratamiento preio antes de ser usada. [ Es de suma importancia conocer las sustancias que se pueden encontrar en el agua, !a que a partir de estas podremos determinar el tratamiento adecuado a reali)arse. [ eali)ando un correcto tratamiento de las aguas usadas en las calderas, podremos eitar gran cantidad de daBos como corrosión, incrustaciones o taponamientos. Elearemos la eficacia de la máquina ! a%orraremos tiempo ! dinero en mantenimiento #algunas eces innecesario$. 2;
[ 0e puede disponer de una gran cantidad de métodos ! sustancias para el tratamiento del agua usada en las calderas, cada uno de estos se aplican dependiendo la necesidad
. TERMODINAMICA La termodinámica #del Friego ^_`o:, termo, que significa calor ! dinámico, que significa fuer)a $ es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión ! olumen de los sistemas físicos a un niel macroscópico. 9pro+imadamente, calor ‟
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significa energía en tránsito ! dinámica se refiere al moimiento, por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía ! cómo la energía infunde moimiento. Ristóricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de apor. El punto de partida para la ma!oría de consideraciones termodinámicas son las le!es de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o traba&o. -ambién se postula la e+istencia de una magnitud llamada entropía, que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinámica se estudian ! clasifican las interacciones entre diersos sistemas, lo que llea a definir conceptos como sistema termodinámico ! su contorno. -ambién conocido como principio de la conseración de la energía, establece que si se reali)a traba&o sobre un sistema, la energía interna del sistema ariará. La diferencia entre la energía interna del sistema ! la cantidad de energía es denominada calor. 'ue propuesto por 9ntoine Laoisier. En otras palabras* La energía no se crea ni se destru!e sólo se transforma. # Le! de la (onseración de la energía$.
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. GENERALIDADES DE CALDERAS
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Las calderas o generadores de apor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, apori)an o calientan el agua para aplicaciones industriales. Rasta principios del siglo 8 se usaron calderas para teBir ropas, producir apor para limpie)a, etc., %asta que /apin creó una pequeBa caldera llamada ?marmita?. 0e usó apor para intentar moer la primera máquina %omónima, la cual no funcionaba durante muc%o tiempo !a que utili)aba apor %medo #de ba&a temperatura$ ! al calentarse ésta de&aba de producir traba&o til. Luego de otras e+periencias, ames >att completó una máquina de apor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica. La máquina elemental de apor fue inentada por ionisio /apin en 1;
att en 1;;<. 8nicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua de cilindros erticales. Ella fue la impulsora de la reolución industrial, la cual comen)ó en ese siglo ! continua en el nuestro. Iáquinas de apor alternatias de ariada construcción %an sido usadas durante muc%os aBos como agente motor, pero %an ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desenta&as encontramos la ba&a elocidad ! #como consecuencia directa$ el ma!or peso por => de potencia, necesidad de un ma!or espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar apor a alta temperatura. 4
H. CLASI:ICACION DE CALDERAS
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C%"siic"ci,n 'e %"s C"%'e&"s 0egn 90IE (merican !ociet" #$ %echanical &ngineers' na caldera de alta presión es aquella en la que la presión es ma!or a 1,45 =gMcm2, por deba&o de este alor se consideran de ba&a presión. na caldera que genera agua caliente se considera de potencia cuando e+cede los 11,2 =gMcm2 o 121S(
na caldera de ba&a presión es aquella que traba&a por deba&o de 1,45 =gMcm2 o una de agua caliente que traba&a por deba&o de 11 =gMcm2 o 121S(
GC"%'e&" 'e c"%e"cci,n son aquellas que no generan apor ! su presión no supera los 11,2 =gMcm2 o temperatura de agua no ma!or a 121S( a la salida de la caldera (caldera de cale$accin de ba)a presin GC"%'e&" 'e s$inist&o 'e "#$" c"%iente 0uministra agua caliente, pero no tiene retorno de esta. 0u presión no supera los 11,2 =gMcm2 o temperatura de agua no ma!or a 121S( GC"%'e&" 'e c"%o& pe&'i'o Este tipo de caldera aproec%a (subproductos térmicos' los gases de combustión de otros procesos.
GC"%'e&" cop"ct" son aquellas montadas en fábrica, !a que las de campo son costosas ! requieren más tiempo de puesta en marc%a que una compacta de la misma capacidad de generación de apor. GC"%'e&" s$pe&c&@tic" o >ipe&c&@tic" 'uncionan sobre la presión absoluta crítica 223,3 =gMcm2 o ;3S( de temperatura de ebullición. 9 esta presión 223,3 =gMcm2 el agua ! el apor tienen la misma densidad, el apor está comprimido tan intensamente como el agua.
Po& %" 'isposici,n 'e %os %$i'os
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/irotubulares* En este tipo de calderas los gases de combustión circulan por el interior de los tubos ! mane&an presiones de operación de 4:44 /08F.
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Avanzado de Operador
de Calderas
La caldera de apor pirotubular, concebida especialmente para aproec%amiento de gases de recuperación presenta las siguientes características. El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición %ori)ontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor ! una cámara superior de formación ! acumulación de apor. La circulación de gases se reali)a desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, %asta la )ona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de %umos. El acceso al cuerpo lado gases, se reali)a mediante puertas atornilladas ! abisagradas en la cámara frontal ! posterior de entrada ! salida de gases, equipadas con bridas de cone+ión. En cuanto al acceso, al lado agua se efecta a traés de la boca de %ombre, situada en la bisectri) superior del cuerpo ! con tubuladuras de gran diámetro en la bisectri) inferior ! placa posterior para facilitar la limpie)a de posible acumulación de lodos.
Henta&as* •
Ienor costo inicial debido a la simplicidad de su diseBo.
•
Ia!or fle+ibilidad de operación.
•
Ienores e+igencias de pure)a en el agua de alimentación.
•
0on pequeBas ! eficientes.
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8nconenientes* • •
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Ia!or tiempo para subir presión ! entrar en funcionamiento. Jo son empleadas para altas presiones.
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9cuatubulares* En este tipo de calderas el agua circula por el interior de los tubos ! mane&an presiones de operación de 4:2244 /08F.
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Las calderas acuotubulares #el agua está dentro de los tubos$ eran usadas en centrales eléctricas ! otras otras instal instalaci aciones ones indust industria riales les,, logran logrando do con un menor menor diámetr diámetro o ! dimens dimension iones es totale totaless una presión de traba&o ma!or, para accionar las máquinas a apor de principios de siglo. En estas calderas, los tubos longitudinales interiores se emplean para aumentar la superficie de calefacción, ! están inclinados para que el apor a ma!or temperatura al salir por la parte más alta, prooque un ingreso natural del agua más fría por la parte más ba&a. riginalmente riginalmente estaban diseBadas para quemar combustible sólido. La producción del apor de agua depende de la correspondencia que e+ista entre dos de las características fundamentales del estado gaseoso, que son la presión ! la temperatura. 9 cualquier temperatura, por ba&a que esta sea, se puede apori)ar agua, con tal que se disminu!a conenientemente la presión a que se encuentre sometido dic%o líquido, ! también a cualquier presión puede ser apori)ada el agua, con tal que se aumente conenientemente su temperatura. La producción de apor de estas calderas es de unos 1544 @gM%ora cada una, a una presión de régimen de 1 atm. absolutas ! 44 S( de temperatura. esde su construcción estaban preparadas para quemar carbón, pero en el aBo 1A5; el /rof. Loren)o Lambrusc%ini con la a!uda de sus alumnos, le incorporó sopladores ! quemadores para combustibles líquidos. En general los tubos son la parte principal de la caldera, ! dos o tres accesorios llamados colectores, en donde se ubican las álulas de seguridad, termómetros, tomas de apor, entrada de agua, etc.
Henta&as*
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0e fabrican en capacidades de 24 R/ %asta 2,444 R/. La (aldera de tubos de agua tiene la enta&a de poder traba&ar a altas presiones dependiendo del diseBo %asta 54 psi ! de ser puestas en marc%a rápidamente. /or su fabricación de tubos de agua es una caldera ?8JE/L08CLE?. La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de %umo, !a que se fabrican de , 3 ! < pasos dependiendo de la capacidad. El tiempo de arranque para producción producción de apor a su presión presión de traba&o traba&o no e+cede los 24 minutos. Los equipos son fabricados con materiales que cu mplen con los requerimientos de normas. 0on equipos tipo paquete, con c on todos sus sistemas para su operación automática. 0on utili)ados quemadores ecológicos para combustóleo, gas ! diesel. 0istemas de modulación automática para control de admisión aire:combustible a presión. El apor que produce una caldera de tubos de agua es un apor seco, por lo que en los sistemas de transmisión de calor e+iste un ma!or aproec%amiento. El apor %medo producido por una caldera de tubos de %umo contiene un porcenta&e mu! alto de agua, lo cual acta en las paredes de los sistemas de transmisión como aislante, aumentando el consumo de apor %asta en un 24Y. <
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8nconenientes*
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Ia!or tamaBo ! peso, ma!or costo. ebe ser alimentada con agua de gran pure)a.
/or su configuración [ Hertical
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;
[ Rori)ontal
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/or el mecanismo de transmisión de calor dominante
[ (onección [ adiación [ adiación ! (onección
/or el combustible empleado [ (ombustibles sólidos [ (ombustibles líquidos [ (ombustibles gaseosos [ (ombustibles especiales #Licor negro, baga)o, etc.$ [ e recuperación de calor de gases [ Ii+tas [ Jucleares
/or el tiro
[ e tiro natural [ e %ogar presuri)ado [ e %ogar equilibrado
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/or el modo de gobernar la operación
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[ e operación manual [ 0emiautomáticos [ 9utomáticos Las calderas en su configuración interna presentan tuberías para el transporte de los fluidos, las cuales pueden ser de 1, 2 ó pasos.
.
CIRCUITOS DE OPERACIN. na caldera para funcionamiento consta de diferentes circuitos los cuales permite regular ! operar correctamente la planta. •
(ircuito de apor o retorno de condensados
•
(ircuito de agua de alimentación
•
(ircuito de combustible
•
(ircuito de aire ! gases de la combustión
•
(ircuito eléctrico ! de control
•
(ircuito de desfogue
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J. ELEMENTOS DE UNA CALDERA Las calderas de apor, constan básicamente de 2 partes principales*
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Cá"&" 'e "#$". ecibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera, el niel de agua se fi&a en su fabricación, de tal manera que sobrepase en unos 15 cms por lo menos a los tubos o conductos de %umo superiores. (on esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua. 0egn la ra)ón que e+iste entre la capacidad de la cámara de agua ! la superficie de calefacción, se distinguen calderas de gran olumen, mediano ! pequeBo olumen de agua. Las calderas de gran olumen de agua son las más sencillas ! de construcción antigua, se componen de uno a dos cilindros unidos entre sí ! tienen una capacidad superior a 154 Lt de agua por cada m2 de superficie de calefacción. Las calderas de mediano olumen de agua están proistas de arios tubos de %umo ! también de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la superficie de calefacción, sin aumentar el olumen total del agua. Las calderas de pequeBo olumen de agua están formadas por numerosos tubos de agua de pequeBo diámetro, con los cuales se aumenta considerablemente la superficie de calefacción. (omo características importantes podemos considerar que las calderas de gran olumen de agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión del apor ! el niel del agua, pero tienen el defecto de ser mu! lentas en el encendido ! debido a su reducida superficie producen poco apor, adicionalmente son mu! peligrosas en caso de e+plosión ! poco económicas. /or otro lado, las calderas de pequeBo olumen de agua, por su gran superficie de calefacción, son mu! rápidas en la producción de apor, tienen mu! buen rendimiento ! producen grandes
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cantidades de apor, debido a esto requieren especial cuidado en la alimentación del agua ! regulación del fuego, pues de faltarles alimentación, pueden secarse ! quemarse en brees minutos.
Cá"&" 'e ="po&. Es el espacio ocupado por el apor en el interior de la caldera, el cual debe ser separado del agua en suspensión. (uanto más ariable sea el consumo de apor, tanto ma!or debe ser el olumen de esta cámara, de manera que aumente también la distancia entre el niel del agua ! la toma de apor. 9dicionalmente las calderas tienen dentro de su configuración gran cantidad de elementos en cuanto a operación ! control.
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A'icion"%ente $n siste" 'e #ene&"ci,n 'e ="po& tiene + •
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Hálulas de seguridad
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Las álulas de seguridad de un generador de apor deben ser capaces de eacuar la totalidad del apor producido por la caldera, antes que se sobrepase en un 14 Y la presión má+ima del generador. -oda álula lleará grabada o fundida en su cuerpo una marca de fábrica que indique sus características ! que permita su identificación ! debe ser construida de un material de aleación adecuada resistentes a la corrosión.
:$ncion"iento Las álulas de seguridad están diseBadas para abrir ! aliiar un aumento de la presión interna del fluido. 0on actuadas por la energía de la presión estática. (uando en el recipiente o sistema protegido por la álula se produce un aumento de presión interna, %asta alcan)ar la presión seteada , la fuer)a e&ercida por el muelle es equilibrada por la fuer)a producida por la presión sobre el área del disco
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de cierre. 9 partir de aquí, un pequeBo aumento de presión producirá el leantamiento del disco de cierre ! permitirá la salida del fluido.
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1.C"pe&$0". 2.Tenso&. .Cont&"t$e&c" Re#$%"ci,n :i8"ci,n. .P&ecinto. H.Reso&te. .!ást"#o. J.T"p" G$@". K.Disco 'e Cie&&e $ O6t$&"'o&. .To&ni%%o 'e :i8"ci,n 'e% Ani%%o 'e A8$ste. 1.To6e&" 'e Ent&"'". 11.P"%"nc" 'e Ape&t$&" M"n$"%.
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12.C?p$%" o A&c"'". 1.P%"c"s Reso&te. 1.C$e&po. 1H.Ani%%o 'e A8$ste o Re#$%"ci,n.
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-apón 'usible
El tapón fusible se empleará en las calderas de gran olumen de agua esto es, superior a 154 lts. por m2 de superficie de calefacción, las de %ogar interno, ! en las calderas del tipo locomóil. El tapón fusibles deberá ubicarse en cada %ogar interno, inmediatamente deba&o del niel mínimo de agua.
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Los tapones fusibles de acción por fuego estarán rellenos con una aleación cu!o punto de fusión má+ima sea de 2546 (. La parte interna del tapón debe mantenerse libre de incrustaciones o cualquier otra sustancia e+traBa. G0e trata de un tapón de bronce con %ilo #una especie de tornillo$ que a instalado en la pared que comunica la cámara de agua con el fogón" posee un orificio cónico en su centro, relleno con una aleación metálica de plomo:estaBo de ba&o punto de fusión. G(uando el niel de agua de la caldera ba&a más allá del mínimo permitido, la temperatura aumenta considerablemente, con lo que se funde la aleación metálica del centro del tapón fusible, de&ando pasar el agua ! apor %acia el %ogar, lo que apaga el fuego. GLos tapones fusibles no deben reempla)arse por tornillos ni se debe soldar el orificio donde estos an alo&ados.
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Hálulas reguladoras de flu&o
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Escotilla de e+plosión 37
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Hálulas c%ec@
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Comba de alimentación
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-anque de condensados
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-anques de 'las%eo
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-rampas de apor
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Ianómetros
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edes de distribución
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K. CONTROLES PARA MANEO SEGURIDAD Cont&o%es p"&" "ne8o < se#$&i'"' 'e "#$" a$ (ontrol de niel por flotador. 0istema que %abilita el contactor de la bomba por intermedio de un interruptor para controlar el agua en la caldera.
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b$ (ontrol de niel #9u+iliar$ >arric@. 0e acciona cuando el control de flotador falla, protege la caldera por ba&o niel de agua apagando el quemador, posee un electrodo que al de&ar de censar agua in%abilita el quemador. Es importante saber, en caso de detectar el niel de agua por deba&o de la mitad del olumen total, no suministrar agua fría a la caldera porque implotaría por c%o que térmico brusco.
5;
Cont&o%es p"&" "ne8o < se#$&i'"' 'e co6$sti6%e El sistema de mane&o de combustible esta compuesto por elementos funcionales indispensables para una optima operación de transporte del combustible a la )ona de quema a condiciones especiales de temperatura ! presión. Estos elementos deben funcionar correctamente, pues mane&an líquidos o gases inflamables, que pueden causar un accidente. (omponen un sistema de mane&o de combustible* [ 'iltro* /rotección de cuerpos e+traBos.
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[ Comba* Iecanismo de transporte.
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Cont&o%es p"&" "ne8o < se#$&i'"' en %" "toi0"ci,n "i&e;="po& El presuretrol J.], Es el dispositio que controla la e+istencia de atomi)ación, cerrando o abriendo las álulas solenoides del sistema de combustión
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Cont&o%es p"&" "ne8o < se#$&i'"' "i&e co6$sti,n (ontrol que garanti)a la e+istencia de flu&o de aire ! %abilita el control de combustión, para que siga la secuencia de encendido.
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CONTROLES PARA MANEO SEGURIDAD DE CALDERAS MODULADAS ue es un sistema modulado 0istema que permite aumentar o disminuir la generación de apor, ariando la cantidad de combustible en al quemador. n sistema modulado aria la energía producida por la combustión segn la demanda de apor que los elementos consumidores requieran. Esta modulación debe conserar las proporciones de aire ! combustible para lograr una combustión eficiente con ba&os nieles de contaminación por residuos. La secuencia de modulación consiste en* [ (ensa presión de apor. [ /ercibida por sensor #/resuretrol$. [ Enía seBal eléctrica a Iotor modulador #Iodutrol$. [ El modulador #Iodutrol$ acciona el regulador de aire ! la álula reguladora de combustible mecánicamente.
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Cont&o%es p"&" "ne8o < se#$&i'"' 'e% &e#$%"'o& ('"pe&) 'e ti&o o&0"'o El damper es mane&ado mecánicamente por el motor modutrol modulador, garanti)a que la caldera no encienda en una posición distinta a ba&o fuego, de lo contrario proocaría e+plosiones en el encendido por e+ceso de aire ! combustible #encendido brusco$.
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Cont&o%es p"&" "ne8o < se#$&i'"' 'e %%"" El control de combustion, permite que se produ)ca ! sostenga la llama. El sistema tiene una secuencia de encendido ! operación automática para %abilitar o des%abilitar el sistema de combustión, mediante el censo de ariables como* e+istencia de llama, presión de atomi)ación, demanda necesaria, etc.
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Cont&o%es p"&" "ne8o < se#$&i'"' 'e t"n$es 'e con'es"'os <3
/ara controlar el niel de fluido en los tanques de condensado se usa álulas flotador, es aconse&able utili)ar controladores de niel >arric@, electrodos ! álulas solenoides, para incrementar la seguridad.
Cont&o%es p"&" "ne8o < se#$&i'"' en e% t"n$e 'i"&io 'e co6$sti6%e 0e usan como recipiente de calentamiento de fuel oil Jo.< para ser mane&ado fácilmente por la bomba ! a presurar la eleación de la temperatura en el precalentador. eben estar proistos de* : (ontrol de niel : esistencia eléctrica : (ontrol de temperatura : Henteo : Comba de trasiego : rena&e : -ermómetro : Entrada ! salida de combustible
Cont&o% p"&" se#$&i'"' 'e #"s en c>iene" Es ubicado en algunas calderas un termómetro a la salida de los gases, en cual es enclaado directamente con el quemador pera desactiarlo cuando la temperatura supera el set point indicado. Esta eleada temperatura puede originarse por falta de agua, %ollinamiento e incrustaciones al lado del agua, etc.
Cont&o% p"&" "ne8o < se#$&i'"' 'e ="po& 'e %" c"%'e&"
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Limita la presión de traba&o, des%abilitando el control de combustión cuando censa la presión establecida.
Cont&o% p"&" "ne8o < se#$&i'"' i#nici,n " #"s. Lo más importante de este control es el regulador de gas pues debe ser su salida de menos de media libra, de lo contrario estaríamos mandando muc%o caudal de gas ! %abría una posible e+plosión
!á%=$%"s 'e se#$&i'"' 0e accionan a determinada presión de traba&o, desalo&ando cierta cantidad de apor. ebe ser manipulada solo por personal autori)ado, ! contener los sellos de seguridad luego de manipulada.
P$&#"s El agua ! apor presente en una caldera esta proisto de sedimentos ! material particulado que deben ser eacuados para eitar mal formaciones en la estructura ! eitar la falsa toma de seBales de presión ! temperatura de los diferentes elementos de control ! seguridad. E+isten purgas de* •
(olumna de agua. 0e %ace por lo menos cada turno. 0i la cámara de Iacdonnell se queda con lodos, el flotador se queda pegado dando una falsa seBal de que la caldera tiene agua. /urga de fondo. /ara desalo&ar los lodos de la caldera en la parte inferior. 0i %a! sedimentación se generan puntos calientes que agrietan ! queman las laminas de la caldera.
•
/urga continua* esalo&a los lodos que circulan en el agua, las espumas ! las grasas. Es continua al mantener la álula con una proporción de apertura.
. :ALLAS EN CALDERAS :"%%"s en e% "&&"n$e
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(aracterísticas* El quemador ! el entilador no arrancan #Ra! enclaamiento eléctrico en las calderas moduladas$. /osibles causas* Ca&o niel de agua, falla del sistema de energía eléctrica, interruptor manual defectuoso en posición off, control de operación o controles de carácter limite defectuosos o descalibrados, olta&es demasiado altos o ba&os, control principal de combustión apagado o defectuoso, fusibles defectuosos en el gabinete de la caldera, térmicos del motor del entilador o del motor del compresor que saltan, contactos o arrancadores eléctricos defectuosos, motores del compresor !Mo entilador defectuosos, mecanismos de modulación de fuego alto ! ba&o no se encuentran en la posición adecuado de ba&o fuego ! fallo en el fluido eléctrico.
:"%%"s en e% encen'i'o (aracterísticas* Hentilador ! uemador arrancan pero no %a! llama principal a$ Jo %a! ignición /osible causa* 'alla de c%ispa, %a! c%ispa pero no %a! llama piloto, álula solenoide a gas defectuosa, interruptor ba&o fuego abierto. b$ Ra! llama piloto, pero no %a! llama principal <<
/osibles causas* Llama piloto inadecuada, falla en el sistema de detección de llama, falla en el suministro principal de combustible, programador inefica). c$ Ra! llama de ba&o fuego, pero no de alto fuego. /osibles causas* Ca&a temperatura de combustible, presión inadecuadas de la bomba, motor modutrol deficiente, 9rticulación suelta o pegada d$ 'alla de llama principal durante el arranque /osibles causas* 9&uste defectuoso de aire combustible, control de combustión o programador defectuoso. e$ 'alla de llama durante la operación /osibles causas* (ombustible pobre e inadecuado, fotocelda deficiente, circuito limite abierto, interruptor automático no funciona correctamente, motores ocasionan sobrecargas, control de combustión o programador defectuosos, calibración de quemador incorrecta, dispositios de intercone+ión defectuosos o ineficaces, condiciones de ba&o niel de agua, falla en el suministro de energía eléctrica, proporción aire combustible f$ Jo funciona el motor modutrol
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(aracterísticas* Jo %a! moimiento del modulador #modutrol$ a las palancas que regulan el damper. /osibles causas* 8nterruptor alto ! ba&o fuego en posición inadecuada, sistema de palancas pegadas, motor no se muee a lato fuego durante la prepurga porque están sucios o abiertos los contactos del control de combustión, modutrol no a a ba&o fuego porque los contactos no se abren, el motor es inefica) #cone+ión eléctrica suelta, transformador del motor esta defectuoso$.
:"%%"s en %os "te&i"%es a$ /or corrosión /roceso de acción erosia e&ercida sobre la superficie interna de la caldera por la acción mecanica de materiales sólidos, abrasios, transportados por el agua o los gases en circulación. La corrosión también se presenta por o+idación. b$ /or 0obrecalentamiento (uando los materiales de fabricación de la caldera son e+puestos a altas temperaturas se presentan fallas de diferentes tipos dependiendo de las causas que la generan. c$ 0oldadura ! construcción El con&unto de partes soldadas no debe ser poroso ni tener inclusiones no metálicas significatias, debe formar contornos superficiales que flu!an suaemente con la sección que se está uniendo ! no tener esfuer)os residuales significatios por el proceso de soldadura. d$ 8mplosión ! e+plosión Las e+plosiones en calderas suelen ocurrir cuando la presión a la que esta operando la caldera supera la presión para la cual fue diseBada. Feneralmente esto ocurre cuando algunos de los sistemas de alarma o control están descalibrados, daBados o no funcionan. Las implosiones en calderas ocurren generalmente cuando el flu&o de agua de entrada para producir apor no ingresa al equipo, ocasionando un sobrecalentamiento e+cesio ! el colapso del material.
1. PRUEBAS MANTENIMIENTO EN CALDERAS P&$e6"s 'e $ncion"iento c"p"ci'"' < &en'iiento en c"%'e&"s
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(uando se opera con calderas ! en especial cuando estas son adquirida por primera e), es necesario reali)ar ciertas pruebas que garanti)an la correcta operación de la caldera segn las especificaciones dadas por el proeedor. Entre ellas se destacan* a$ 8nspecciones de fabricación ! pruebas de comportamiento en fábrica* (onsiste en la erificación de materiales especificados. 8nspecciones radiográficas, ultrasonido, partículas magnéticas Calanceo estático ! dinámico de rotores. b$ /ruebas durante el monta&e e instalación de los equipos. (onsiste en la erificación de correcta instalación del equipo, apropiada ubicación, nielación, alineamiento, soportes ! utili)ación de métodos ! procedimientos de monta&e aceptables, calificación de soldadores ! e&ecución de inspecciones radiográficas, Limpie)a de tuberías ! equipos, 'uncionamiento de controles ! alarmas. c$ /ruebas de funcionamiento preias a la recepción por el cliente. 9delantadas por el contratista antes de la puesta en operación de la instalación. El cliente debe e+igir pruebas de* (apacidad indiidual de cada equipo o sistema, correcto funcionamiento de protecciones, controles ! alarmas, correcto funcionamiento de u+iliares ! accesorios de cada equipo. Es importante que el cliente compare estos resultados con los especificados en el contrato.
MANTENIMIENTO EN CALDERAS esarrollar un programa de mantenimiento permite que la caldera funcione con un mínimo de paradas en producción, minimi)a costos de operación ! permite un seguro funcionamiento. El mantenimiento en calderas puede ser de tres tipos* : (orrectio h (orregir : /reentio h /reenir : /redictio h /redecir El mantenimiento en calderas debe ser una actiidad rutinaria, mu! bien controlada en el tiempo. Es por ellos que se recomiendan las siguientes actiidades a corto, media ! largo pla)o.
RECOMENDACIONES PARA EL MANTENIMIENTO DE CALDERA DE !APOR C%e"=e& B&oos
MANTENIMIENTO DIARIO. Po& e% ope&"'o& 'e %" c"%'e&". 1. Limpiar las boquillas del quemador de la caldera.
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2. (omprobar el niel de lubricantes para el compresor en el tanque aire:aceite. ebe de estar a 1M2 de niel, esto es, dentro del tercio medio ! si está más ba&o, ponerlo a niel. . purgar la caldera por lo menos cada oc%o %oras de traba&o, tanto de la purga de fondo como de sus columnas de control de niel. esto se %ace subiendo el niel de agua a 1M2 cristal ! purgando %asta que arranque la bomba de alimentación. recomendamos consultar a su e+perto en tratamiento de aguas al respecto ! es mu! importante se sigan sus instrucciones así como también colocar las instrucciones que sobre purgas de fondo ! control de niel, enía la fábrica con el manual de operación. lea ! siga las instrucciones de la placa de adertencia que aparece a un costado de la caldera. 3. (omprobar así mismo que la presión indicada por los manómetros de entrada al combustible, la presión en la álula medidora ! la presión de salida de combustible ,son las fi&adas en su Ianual de peraci
MANTENIMIENTO CADA TERCER DIA Po& e% ope&"'o& 'e %" c"%'e&". 1. (omprobar que la trampa del calentador de apor opera correctamente. 2. Limpiar los filtros de combustible que están en la succión de la bomba.
MANTENIMIENTO CADA OC3O DIAS. Po& e% ope&"'o& 'e %" c"%'e&". 1. (omprobar que no %a! fugas de gases ni de aire en las &untas de ambas tapas ! mirilla trasera. 2. (omprobar la tensión de la banda al compresor. . Limpiar el filtro de lubricante, que está pegado al compresor.
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3. Laar 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. <. (omprobar que los interruptores termostáticos del calentador de combustible operen a la temperatura a que fueron calibrados al %acer la puesta en marc%a. (onsulte su Ianual de peraci
MANTENIMIENTO UINCENAL. Po& e% ope&"'o& 'e %" c"%'e&". 1. 2. . 3.
Racer limpie)a de todos los filtros de agua, aceite combustible ! aceite lubricante. /robar la operaci
MANTNIMIENTO MENSUAL. Po& e% ope&"'o& 'e %" c"%'e&". 1. (omprobar que los nieles del agua son los indicados*
57 mm #2 1M3?$ de niel má+imo. 35 mm #1M3?$ arranque de la bomba. 2 mm. # 1 j?$ corte por ba&o niel 2. comprobar el ba&o niel, ba&ando el interruptor de la bomba de alimentación. el agua al eaporarse ira disminu!endo el niel ! si al llegar a 2 mm #11M3?$ no se corta el por ba&o niel, %a! que parar inmediatamente la caldera e inspeccionar el bulbo de mercurio de tres %ilos #del lado de la caldera$ así como también asegurarse de un correcto funcionamiento del flotador ! que la columna este e+enta de lodos o acumulaciones. . (omprobar el olta&e ! cargas que toman los motores. 3. Limpie)a de polo en controles eléctricos ! reisión de contactos. 5. Limpie)a de filtros de las líneas de combustible, aire ! apor. <. Iantenimiento a todo el sistema de agua* filtros, tanques, álulas, bomba, etc... ;. Engrasar motores. 7. esmonte ! limpie)a del sistema de combustión. A. Herificar estado de la cámara de combustión ! refractarios. 14. Herificar estado de trampas de apor. 11. Limpie)a cuidadosa de columna de agua. A$ Herificar acoples ! motores.
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12. Herificar asientos de álulas ! grifos. 1. Herificar bloqueos de protección en el programador. 13. ependiendo del combustible incluir limpie)a del sistema de circulación de gases.
MANTENIMIENTO DE CALDERA TRIMESTRAL. Po& e% ope&"'o& 'e %" c"%'e&". 1. bserar la temperatura del termómetro de salida de gases de la c%imenea de la caldera, cuando tenga 74S( por arriba de la temperatura del apor saturado es indicatio que la caldera está %ollinada ! %a! que proceder a limpiarla 2. Es coneniente también que se destapen arias tortugas o registros de en medio ! de la parte de aba&o, para er el estado de limpie)a interior por el lado del agua. Llame al técnico en tratamiento de agua. . (ada e) que se des%olline es coneniente para la me&or conseración del refractario, darle una lec%ada con mortero refractario, tanto a la tapa trasera como al refractario del %ogar. (ambie los empaques. k 3. -irar ligeramente de las palancas de las álulas de seguridad para que escapen ! eitar que peguen en su asiento.
MANTENIMIENTO DE CALDERA SEMESTRAL. ;1
1. (omprobar el niel de aceite del reductor de elocidad de la bomba de combustible. 2. eisar los empaques del prensa:estopa de la bomba de alimentación de agua. En caso de encontrarse secos, cámbiense por nueos. . Efectué Limpie)a general a los contactos del programador de flama ! los arrancadores con un tro)o de trapo limpio, %umedecido con tetracloruro de carbono. 3. Jo después de tres meses de efectuada la puesta en marc%a inicial de la caldera ! después, segn las condiciones lo requieran, la caldera deberá ser enfriada ! secadas las cubiertas quitadas ! el interior debe ser laado con agua a presión. -ubos ! espe&os deberán ser inspeccionados al mismo tiempo para buscar incrustaciones. La efectiidad del tratamiento de agua ! el porcenta&e de agua de repuesto requerida, determinarán los siguientes períodos de limpie)a. El sericio de su e+perto en tratamiento de agua, deberá incluir inspecciones al interior de la caldera, así como análisis del agua periódicas. 5. 8nspeccione los tubos flu+es por el lado del %ollín ! límpiense de ser necesario. <. 8nspeccione el material refractario del %orno ! la puerta trasera. ;. Limpie las grietas ! saque el material refractario que se %a!a desprendido. ecubra el mismo con un cemento refractario de : . fraguado al aire" el período de este recubrimiento aría con el tipo de carga ! operación de la caldera ! deber ser determinado por el operador al abrir las puertas para %acer limpie)a de %ollín. 7. eise sus bandas de transmisión, de la tensión apropiada A. Es coneniente laar la caldera interiormente. /ara %acer esto, se quita la reducción del manómetro que a en la \t] a la salida de la bomba de alimentación de agua, se coloca a%í una reducción al tamaBo de la manguera que se a a utili)ar. 9ntes de %acer todo esto, se enfría la caldera, ba&ándola de presión ! %aciendo circular el agua, purgándola para que entre agua fría, así, %asta que esté totalmente fría. La operación de enfriamiento deberá
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%acerse con lapsos de reposo de 24 a 25 minutos para que el enfriamiento no sea brusco ! daBe los flu+es. Luego se acía totalmente de agua ! se quitan todas las tortugas. Za %abiendo puesto la manguera en la bomba, se cierra la álula de entrada de agua a la caldera ! al poner a funcionar la bomba, sale agua por la manguera a bastante presión. (on este c%orro de agua se laa la caldera interiormente, se mete la manguera por todos los registros de mano %asta que quede bien limpia. 0e tapa, limpiando perfectamente las tortugas ! el asiento de las mismas en la caldera. 14. (omprobar la limpie)a de las columnas de control ! de las entradas del agua de la bomba de alimentación ! el in!ector: 11. (omprobar ! laar los pressuretro1es, toda la línea de los mismos ! la línea del manómetro. 12. 0e refrescan las cuerdas al tornillo de las tortugas ! se les pone grafito con aceite para que no se peguen. 1. estapar todas las cruces ! comprobar que estén limpias. limpiar cada seis meses cuando menos. 13. Laado interior al lado del agua, remoiendo incrustaciones ! sedimentos. 15. Herificar si %a! indicios de corrosión, picadura o incrustación al lado del agua. 9nálisis periódico del agua. 1<. tili)ar empaques nueos en tapas de inspección de mano ! %ombre. 1;. (ambiar correas de motor si es necesario. eisar su tensión. 17. Limpiar los tubos del lado de fuego, pues el %ollín es un aislante térmico. 1A. Herificar %ermeticidad de las tapas de inspección al llenar la caldera. 24. Herificar el funcionamiento de las álulas de seguridad.
MANTENIMIENTO DE CALDERA ANUAL 1. Limpiar el calentador eléctrico ! el calentador de apor para combustible, así como asentar la álula de aliio ! las reguladoras de presión. 2. eisar el estado en que se encuentran todas las álulas de 1 la caldera, asentarlas si es necesario ! si no se pueden asentar, cambiarlas por otras nueas. . eengrasar los baleros de la bomba de agua de combustible. 3. elubricar los baleros sellados de las transmisiones ó motores que tengan este tipo de baleros. epónganse los sellos cuidadosamente, reemplácense los baleros defectuosos ó los que se tenga duda. 5. Hacíe ! lae con algn solente apropiado el tanque aire:aceite , así como todas las tuberías de aire ! aceite que de él salgan, procurando que al reponerlas, queden debidamente apretadas <. (ámbiese el lubricante por aceite nueo 09E 14. ;. esarme e inspeccione las álulas de seguridad, así como las tuberías de drena&e. 7. (ambio de empaques de la bomba de alimentación si es necesario. A. Iantenimiento de motores en un taller especiali)ado. esarme total con limpie)a ! prueba de aislamientos ! bobinas.
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14. e acuerdo a un análisis del agua ! las condiciones superficiales internas de la caldera, se determina si es necesario reali)ar una limpie)a química de la caldera.
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