Curso Para Operadores de Calderas

Curso

Avanzado de d e Operador

de Calderas

CURSO AVANZADO PARA OPERADORES DE CALDERAS

1

Secretaria de la Defensa Nacional Fabrica de Vestuario y Equipo Octubre 2013

Octubre

2013

Curso


de Calderas

GENERALIDADES CLASIFICACIÓN ELEMENTOS DE UNA CALDERA CÁMARA DE AGUA CÁMARA DE VAPOR

CLASIFICACION DE LAS CALDERAS POR LA DISPOSICIÓN DE LOS FLUIDOS POR SU CONFIGURACIÓN POR EL MECANISMO DE TRANSMISIÓN DE CALOR DOMINANTE POR EL COMBUSTIBLE EMPLEADO POR EL TIRO POR EL MODO DE GOBERNAR LA OPERACIÓN

ELEMENTOS ELEMENTOS Y EQUIPOS EQUIPOS PERIFERICOS PERIFERICOS PARA EL FUNCIONAM FUNCIONAMIENTO IENTO DE UNA UNA CALDERA FUEGO AGUA SUPERFICIE DE INTERCAMBIO DE CALOR

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE AGUA (CALDERAS PIROTUBULARES) CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE COMBUSTIBLE CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD EN LA ATOMIZACIÓN AIRE-VAPOR A IRE-VAPOR CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD AIRE COMBUSTION CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE CALDERAS MODULADAS CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DEL REGULADOR (DAMPER) DE TIRO FORZADO CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE LLAMA CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE TANQUES DE CONDESADOS CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDA IDAD EN EL TANQUE DIAR IARIO DE COMBUSTIBLE CONTROL PARA SEGURIDAD DE GAS EN CHIMENEA

Octubre

2013

2

Curso


de Calderas

CONTROL PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE VAPOR DE LA CALDERA CONTROL PARA MANEJO Y SEGURIDAD IGNICION A GAS O ACPM

VÁLVULAS DE SEGURIDAD PURGAS FALLAS EN CALDERAS FALLAS EN EL ARRANQUE FALLAS EN EL ENCENDIDO FALLAS EN LOS MATERIALES

PRUEBAS Y MANTENIMIENTO EN CALDERAS PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO, CAPACIDAD Y RENDIMIENTO EN CALDERAS

MANTENIMIENTO EN CALDERAS MANTENIMIENTO DIARIO MANTENIMIENTO MENSUAL MANTENIMIENTO SEMESTRAL MANTENIMIENTO ANUAL

NORMAS DE DISEÑO

1. RECORD RECORDATO ATORIO RIO ( Concep Conceptos tos Básico Básicoss )

TEMPERATURA

Octubre

2013

3

Curso


de Calderas

La temperatura temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada r elacionada con la energía energía interna interna de un sistema sistema termod termodiná inámic mico, o, definida definida por el principio principio 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 movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. a medida de que sea mayor la energía cinética cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. en el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multi atómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también). El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente. La temperatura temperatura es una propiedad física física que se refiere a las nociones comunes comunes de calor o ausencia de calor, sin embargo su significado formal en termodinámica es más complejo, a menudo el calor o el frío percibido por las personas tiene más que ver con la sensación térmica , que con la temperatura real. Fundamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico, la cual tiene una causa a nivel microscópico, que es la energía promedio por la partícula.

CALOR Calor está está definido definido como la forma de energía energía que se transfie transfiere re entre diferen diferentes tes cuerpos cuerpos o diferentes diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada dejada en una habitación se entibia). La energí energíaa pue puede de ser transfe transferid ridaa por difere diferente ntess mecani mecanismos smos de transfe transferenc rencia, ia, estos estos son la radiación, radiación, la conducción conducción y la convección, convección, aunque en la mayoría de los procesos procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. térmica. La energía energía existe en varias formas, formas, en este caso nos enfocamos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

Octubre

2013

4

Curso


de Calderas

Transmisión del Calor Existen tres formas de transmisión del calor: radiación, convección y conducción. Radiación La radiación del calor se manifiesta por los rayos o las ondas caloríficas caloríficas que envía el sol a través del espacio. Podemos tener radiación en una lámpara incandescente u otro objeto muy caliente, ya que sus rayos caloríficos son muy semejantes a los rayos luminosos. Se puede definir a la radiación radiación como la transmisión transmisión de calor a través de sustancias intermedias intermedias sin calentar calentar a éstas. El calor transmitido transmitido por los rayos prácticamente prácticamente no calientan calientan el aire a través el cual pasan, sino que ejercen su acción sobre los objetos que encuentran en su camino, los cuales sí absorben dicho calor. Convección Significa la transferencia del calor de un lugar a otro por el movimiento o la circulación de aire, agua u otros gases o líquidos calientes. Dicha circulación puede producirse en forma natural o artificial. Por ejemplo: si generamos corriente de aire alrededor de un objeto caliente por medio de un ventilador ventilador o también si hacemos hacemos circular circular corriente de agua alrededor de un objeto objeto caliente, el liquido será el agente transmisor del calor. Un ejemplo de ésta lo tenemos en el secador de cabello, ya que el calor de éste es transmitido al exterior por una circulación forzada. Conducción Es la transferencia de calor de un cuerpo sólido. Si tomamos una varilla de metal y colocamos un extremo de ésta sobre el fuego, el calor pasara por conducción al otro extremo. Los metales son buenos conductores del calor y existen otros materiales que cuyas cualidades son completamente opuestas.

Octubre

2013

5

Curso


de Calderas

Escalas de Temperatura Escala Centígrada: Se le asigna el valor cero (0) a la temperatura de fusión del agua a presión normal y a 45º de latitud. El intervalo entre dichas temperaturas se divide en 100 partes, cada una de las cuales recibe el nombre de grado centígrado o grado Celsius (ºC ). Las temperaturas inferiores a la de fusión del agua resultan negativas en esta escala. Escala Fahrenheit: Se le da el valor de 32 a la temperatura de fusión del agua y el valor de 212 a la de ebullición del agua. El intervalo de dichas temperaturas se divide en 180 partes, cada una de las cuales se denomina grado Fahrenheit (ºF). Escala Reaumur: La temperatura de fusión del agua se designa por cero (0) y la ebullición del agua por 80, dividiéndose el intervalo entre ellas en 80 partes, cada una de las cuales se denomina grado réaumur (ºR). La ecuación que relaciona las diferentes escalas de temperatura es: La escala centígrada se usa preferentemente en trabajos científicos y en los países latinos. La escala Fahrenheit Fahrenheit es más usada popularmente popularmente en los E.E.U.U. E.E.U.U. y en Inglaterra. La escala réaumur se emplea exclusivamente en los países escandinavos. La experimentación y los razonamientos teóricos han indicado que no es posible lograr temperaturas inferiores a cierta temperatura mínima que recibe el nombre de cero absoluto. A esta temperatura la energía de las moléculas de los cuerpos tiene su menor valor posible. posible. El cero absoluto corresponde corresponde en la escala centígrada centígrada a una temperatura de -273.16 ºC, usualmente se toma el valor de -273 ºC. Por esta y otras razones, Lord Kelvin (Sir William Thompson) propuso medir las temperaturas negativas o "bajo cero". Escala Kelvin: Es la escala absoluta cuyo cero coincide con el cero absoluto y cuyos grados tienen el mismo valor que los grados centígrados. En esta escala el cero absoluto corresponde a 0 ºK, la temperatura de fusión del agua corresponde a 273 ºK y la de ebullición del agua corresponde a 373ºK. La escala absoluta de Kelvin se utiliza mucho en la ciencia.

Escala Rankine: Es la escala absoluta correspondiente al Fahrenheit, donde el punto cero corresponde a -459.7 ºF.

Octubre

2013

6

Curso


de Calderas

Caloría La unidad con la que se mide el calor es la caloría o kilocaloría. Representa el calor necesario para aumentar en 1ºC de temperatura una masa de 1 litro de agua. Como esta unidad es demasiado grande se suele emplear la pequeña caloría, también llamada gramo caloría, que representa la cantidad de calor necesario para aumentar en 1ºC la masa de 1 gramo de agua. Cabe destacar que la pequeña caloría resulta 1000 veces menor que la kilocaloría. Para evitar confundirse la caloría (c) se emplea en la practica de trabajo trabajo de laboratorio, laboratorio, mientras que la kilocaloría o caloría (C) es la que se emplea en la practica. La unidad de medida del calor en el sistema inglés es la denominada BTU (British Thermal Unit) que eso significa Unidad Térmica Británica y representa la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en 1ºF.

PRESION La presión presión es una magnitud física que se mide como la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie (es una magnitud es escalar), y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema Internacional la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente equivalente a una fuerza total de un newton actuando actuando uniformement uniformementee en un metro cuadrado. En el Sistema Inglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada. Presión absoluta y relativa En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica ( Pa Pa) más la presión manométrica ( Pm Pm) (presión que se mide con el manómetro).

Presión de un gas Para un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m y moviéndose con una velocidad aleatoria promedio vrms contenido en un volumen cúbico V las partículas del gas impactan con las paredes

Octubre

2013

7

Curso


de Calderas

del recipiente de una manera que puede calcularse de manera estadística intercambiando momento lineal con las paredes en cada choque y efectuando una fuerza neta por unidad de área que es la presión ejercida por el gas sobre sobr e la superficie sólida. Propiedades de la presión en un medio fluido

1. La fuerza asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de acción y reacción, resulta en una compresión para el fluido, jamás una tracción. 2. La superficie libre de un líquido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es siempre horizontal. Eso es cierto sólo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a la acción de la gravedad constante. Si no hay acciones gravitatorias, la superficie de un fluido es esférica y, por tanto, no horizontal. 3. En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión que es función únicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. ESTADOS DE AGREGACION DE LA MATERIA 8

Gas Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades: • 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 fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas. • Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene. • Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene. • Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras. A temperatura y presión ambientales los gases pueden ser elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el cloro, el flúor y los gases nobles, compuestos como el dióxido de carbono o el propano, o mezclas como el aire. Vapor

Octubre

2013

Curso


de Calderas

El vapor es el estado en el que se encuentra un gas cuando se halla a un nivel inferior al de su punto crítico; éste hace referencia a aquellas condiciones de d e presión y temperatura por encima de las cuales es imposible obtener un líquido por compresión. Si un gas se encuentra por debajo de ese punto, esto significa que es susceptible de condensación a través de una reducción de su temperatura (manteniendo la presión constante) o por vía de la presurización (con temperatura constante). Es importante aclarar que un gas es una sustancia que cumple con una característica bien definida: no tener ni forma ni volumen propios. Esto le permite amoldarse a las formas del elemento que lo contiene o dispersarse si no se encuentra contenido. El vapor de agua es el gas obtenid obtenidoo a partir partir de la ebu ebulli llició ciónn (el proceso proceso físico por el cual la totalidad de la masa de un líquido se convierte al estado gaseoso) o de la evaporación (el mismo proceso, pero que puede concretarse a una temperatura indistinta y sin que toda la masa del líquido llegue a su punto de ebullición ebullición)) del agua líquida o de la sublimación (el cambio del estado sólido al gaseoso) del hielo. Este vapor no tiene olor ni color.

Liquido El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible (lo que significa que su volumen es, muy aproximadamente, constante en un rango grande de presión). El estado líquido es un estado de agregación de la materia intermedio entre el estado sólido y el estado gaseoso. Las moléculas de los líquidos no están tan próximas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases. Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían con el tiempo. Las distancias intermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen. En algunos líquidos, las moléculas tienen una orientación preferente, lo que hace que el líquido presente propiedades anisótropas anisótropas (propiedades, como el índice índice de refracción, refracción, que varían según la dirección dentro del material). Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se dilatan cuando se incrementa su temperatura y pierden volumen cuando se enfrían, aunque sometidos a compresión su volumen es muy poco variable a diferencia de lo que sucede con otros fluidos como los gases. Los objetos inmersos en algún líquido están sujetos a un fenómeno conocido como flotabilidad. Solido Un cuerpo sólido es uno de los cuatro estados de agregación de la materia se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles (que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes. Poseen volumen constante y no se difunden, ya que no pueden desplazarse.

Octubre

2013

9

Curso


de Calderas

Características • Elasticidad • Fragilidad • Dureza • Forma definida • Volumen definido • Alta densidad • Flotación • Inercia • Tenacidad • Maleabilidad • Ductilidad

Plasma En física y química, química, se denomina denomina plasma al cuarto estado de agregación agregación de la materia, un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente y no poseen equilibrio electromagnético, por eso son buenos conductores eléctricos y sus partículas responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de largo alcance. El plasma es el estado de agregación más abundante de la naturaleza, y la mayor parte de la materia en el Universo visible se encuentra en estado de plasma, la mayoría del cual es el enrarecido plasma intergaláctico y en las estrellas.

EVAPORACION La evaporación evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada aquella. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe 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 vapor saturado, la cual no dep depende ende del volume volumen, n, pero varía según la natural naturaleza eza del líquid líquidoo y la tempera temperatur tura. a. Si la

Octubre

2013

10

Curso


de Calderas

cantidad cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturado, una parte de las moléculas moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición. Este Este fenóm fenómeno eno tamb tambié iénn es llam llamado ado de enfri enfriam amie ient ntoo evap evapora orati tivo. vo. Un ejem ejempl ploo para para dicho dicho fenómeno es la transpiración (sudor).

AGUA DURA En química, el agua calcárea o agua dura —por contraposición al agua blanda— es aquella que contiene un alto nivel de minerales, en particular sales de magnesio y calcio. A veces se da como límite para denominar a un agua como dura una dureza superior a 120 mg CaCO3/L. La dureza del agua se expresa normalmente como cantidad equivalente de carbonato de calcio (aunque propiamente esta sal no se encuentre en el agua) y se calcula, genéricamente, a partir de la suma de las concentraciones de calcio y magnesio existentes (miligramos) por cada litro de agua; que puede expresarse en concentración de CaCO3. Es decir: Dureza (mg/l de CaCO3) = 2,50 [Ca++] + 4,16 [Mg++]. Donde: • [Ca++]: Concentración de ion Ca++ expresado en mg/l. • [Mg++]: Concentración de ion Mg++ expresado en mg/l. Los coeficientes se obtienen de las proporciones entre la masa molecular del CaCO3 y las masas atómicas respectivas: 100/40 (para el Ca++); y 100/24 (para el [Mg++]).

Tipos de dureza En la dureza total del agua se puede hacer una distinción entre dureza temporal (o de carbonatos) y dureza permanente (o de no-carbonatos) generalmente de sulfatos y cloruros.

Dureza temporal La dureza temporal se produce a partir de la disolución de carbonatos en forma de hidrógenocarbonatos (bicarbonatos) y puede ser eliminada al hervir el agua o por la adición del hidróxido de calcio (Ca(OH)2).

Octubre

2013

11

Curso


de Calderas

El carbonato de calcio es menos soluble en agua caliente que en agua fría, así que hervir (que contribuye a la formación de carbonato) se precipitará el bicarbonato de calcio fuera de la solución, dejando el agua menos dura. Los carbonatos pueden precipitar cuando la concentración de ácido carbónico disminuye, con lo que la dureza temporal disminuye, y si el ácido carbónico aumenta puede aumentar la solubilidad de fuentes de carbonatos, como piedras calizas, con lo que la dureza temporal aumenta. Todo esto está en relación con el pH de equilibrio de la calcita y con la alcalinidad de los carbonatos. Este proceso de disolución y precipitación es el que provoca pr ovoca las formaciones de estalagmitas y estalactitas.

Dureza permanente Esta dureza no puede ser eliminada al hervir el agua, la causa más corriente es la presencia de sulfatos y/o cloruros de calcio y de magnesio en el agua, sales que son más solubles según sube la temperatura, hasta cierta temperatura, luego la solubilidad disminuye conforme aumenta la temperatura.

Medidas de la dureza del agua Las medidas de dureza o grado hidrotimétrico del agua son: 12

CaCO3/l o ppm de CaCO3 Miligramos de carbonato cálcico (CaCO3) en un litro de agua; esto es equivalente a ppm de CaCO3. Grado alemán ( Deutsche Deutsche Härte, °dH) Equivale a 17,9 mg CaCO3/l de agua. Grado americano Equivale a 17,2 mg CaCO3/l de agua. Grado francés (°fH) Equivale a 10,0 mg CaCO3/l de agua. Grado inglés (°eH) o grado Clark Equivale a 14,3 mg CaCO3/l de agua. La forma más común de medida de la dureza de las aguas es por titulación con EDTA. Este agente quelante permite valorar conjuntamente el Ca y el Mg (a pH=10) o sólo el Ca (a pH=12), por los complejos que forma con dichos cationes. ca tiones.

Clasificación de la dureza del agua Tipos de agua mg/l °fH ºdH ºeH Agua blanda ≤17 ≤1.7 ≤0.95 ≤1.19

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Agua levemente dura ≤60 ≤6.0 ≤3.35 ≤4.20 Agua moderadamente dura ≤120 ≤12.0 ≤6.70 ≤8.39 Agua dura ≤180 ≤18.0 ≤10.05 ≤12.59 Agua muy dura >180 >18.0 >10.05 >12.59

Eliminación de la dureza Las operaciones de eliminación de dureza se denominan ablandamiento de aguas. La dureza puede ser eliminada utilizando el carbonato de sodio (o de potasio) y cal. Estas sustancias causan la precipitación del Ca como carbonato y del Mg como hidróxido. Otro proceso para la eliminación de la dureza del agua es la descalcificación de ésta mediante resinas de intercambio iónico. Lo más habitual es utilizar resinas de intercambio catiónico que intercambian los iones calcio y magnesio presentes en el agua por iones sodio u otras que los intercambian por iones hidrógeno. La dureza se puede determinar fácilmente mediante reactivos. La dureza también se puede percibir por el sabor del agua. Es conveniente saber si el agua es agua dura, dur a, ya que la dureza puede provocar depósitos o incrustaciones incrus taciones de carbonatos en conducciones conducc iones de lavadoras, calentadores, y calderas o en las planchas. Si ya se han formado, se pueden eliminar con algunos productos antical existentes en el mercado, aunque un método muy válido para conseguir disolver los carbonatos es aplicar un ácido débil (acético, cítrico, etc.) en los depósitos. 13

Resinas catiónicas de ácido fuerte Intercambian iones positivos (cationes). Funcionan a cualquier pH. Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua, como primera columna de desionizacion en los desmineralizadores o para lechos mixtos. Elimina los cationes del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente acido clorhidrico (HCl).

Resinas catiónicas de ácido débil Tienen menor capacidad de intercambio. No son funcionales a pH bajos. Elevado hinchamiento y contraccion lo que hace aumentar las perdidas de carga o provocar roturas en las botellas cuando no cuentan con suficiente espacio en su interior. Se trata de una resina muy eficiente, requiere menos acido para su regeneracion, aunque trabajan a flujos menores que las de acido fuerte. Es habitual regenerarlas con el acido de desecho procedente de las de acido fuerte.

¿Cómo trabaja el intercambio de resinas iónicas? Las resinas se separan como cuentas esfericas 0,5 a 1,0 mm de diametro. Estos parecen solidos, incluso bajo el microscopio, pero a escala molecular la estructura es bastante abierta. Esto significa que la solucion pasa por una capa de resina que puede fluir a traves del polimero entrecruzado, puesta en contacto intimo con los sitios de intercambio. La afinidad de las resinas

Octubre

2013

Curso


de Calderas

de acido sulfonico para los cationes varia con el tamano y la carga ionica del cation. En general, la afinidad es mayor para los grandes iones con alta valencia. Algunos ejemplos de resinas de intercambio ionico por orden de afinidad para algunos cationes comunes son aproximadamente: Hg2+
Octubre

2013

14

Curso


de Calderas

Purificacion del agua (por ejemplo: industria de la cerveza), desmineralizar liquidos azucarados y jarabes, controlar la acidez, el olor, el sabor y contenido en sal del alimento. Tambien se emplean para aislar o purificar aditivos o componentes de alimentos.-5-6Industria farmaceútica Recuperacion y purificacion de productos (antibioticos, vitaminas, enzimas, proteinas, entre otros). Hidrometalurgia Tratamiento de efluentes procedentes de la industria de refinado de metales. Recuperacion y concentracion de

COLUMNA ANIONICA

DIESEL Fueloil 1 Fueloil El fueloil[1] (en inglés fuel oil), también llamado en España fuelóleo y combustóleo en otros países hispanohablantes, es una fracción del petróleo que se obtiene como residuo en la destilación fraccionada. De aquí se obtiene entre un 30 y un 50% de esta sustancia. Es el combustible más pesado de los que se puede destilar a presión atmosférica. Está compuesto por moléculas con más de 20 átomos de carbono, y su color es negro. El fuel oil se usa como combustible para plantas de energía eléctrica, calderas y hornos. Por otra parte, también se trata en procesos a menor presión para poder ser destilado y así obtener las fracciones más pesadas del petróleo, como los aceites lubricantes y el asfalto, entre otros. Clases El fueloil se clasifica en seis clases, enumeradas del 1 al 6, de acuerdo a su punto de ebullición, su composición y su uso. El punto de ebullición, que varía de los 175 a los 600 °C; la longitud de la cadena de carbono, de 9 a 70 átomos; y la viscosidad aumentan con el número de carbonos de la molécula, por ello los más pesados deben calentarse para que fluyan. El precio generalmente decrece a medida que el número aumenta. Los fueloil No. 1, fueloil No. 2 y fueloil No. 3 se llaman de diferentes formas: fueloil destilado, fueloil diésel, fueloil ligeros, gasóleo o simplemente destilados. Por ejemplo, el fueloil No. 2, destilado No. 2 y fueloil diésel No. 2 son casi lo mismo (diésel es diferente porque tiene un índice de cetano el cual describe la calidad de ignición del combustible).

Octubre

2013

15

Curso


de Calderas

Gasóleo hace referencia al proceso de destilación. El crudo se calienta, se gasifica y luego se condensa. • Número 1 es similar al queroseno y es la fracción que hierve justo luego de la gasolina. • Número 2 es el diésel que usan las camionetas y algunos automóviles. • Número 3 es un combustible destilado que es usado raramente. • Número 4 es usualmente una mezcla de fueloil destilado y de residuos, tales como No. 2 y 6; sin embargo, algunas veces es tan solo un fuerte destilado. No. 4 puede ser clasificado como diésel, destilado o fueloil residual. • Los Número 5 y Número 6 son conocidos como fueloil residuales (RFO por sus siglas en inglés) o fueloil pesados. En general se produce más Número 6 que Número 5. Los términos fueloil pesado y fueloil residual son usados como los nombres para Número 6. Número 5 y 6 son los remanentes del crudo luego que la gasolina y los fueloil destilados son extraídos a través de la destilación. El fueloil Número 5 es una mezcla de 75-80 % de Número 6 y 25-20% de Número 2. Número 6 puede contener también una pequeña cantidad de No. 2 para cumplir con ciertas especificaciones. Los fueloil residuales son llamados algunas veces ligeros cuando han sido mezclados con fueloil destilado, mientras que los fueloil destilados son llamados pesados cuando han sido mezclados con fueloil residual. Gasóleo pesado, por ejemplo, es un destilado que contiene fueloil residual. Combustible búnker Pequeñas moléculas, como aquellas del gas propano, nafta, gasolina para automóviles, y combustible de jet tienen puntos de ebullición relativamente bajos, y se separan al comienzo co mienzo del proceso de destilación fraccionada. Los productos de petróleo más pesados, pesados , tales como el diésel, así como el aceite lubricante, se precipitan más despacio, y el bunker se ubica literalmente al fondo del barril; la única sustancia más densa que el combustible bunker es el residuo, que se mezcla con brea para pavimentar calles y sellar techos. Combustible Bunker es técnicamente cualquier tipo de combustible derivado del petróleo usado en motores marinos. Recibe su nombre (en inglés) de los contenedores en barcos y en los puertos en donde se almacena; cuando se usaban barcos a vapor se tenían bunkers de carbón, pero ahora lo mismos depósitos se usan para combustible Fueloil 2 bunker. La oficina de Impuestos y Aduana Adua na Australiana define el combustible bunker como el combustible que alimenta el motor de un barco o de una aeronave. Combustible Bunker A equivale a fueloil No. 2, combustible

Octubre

2013

16

Curso


de Calderas

bunker B equivale a fueloil No. 4 o No. 5 y combustible C equivale a fueloil f ueloil No. 6. Debido a que No. 6 es el más común, se usa el término "combustible bunker" como un sinónimo para fueloil No. 6. Al fueloil No. 5 se la llama también navy special fuel oil o sencillamente navy special, los fueloil No. 6 o 5 también son llamados furnace fuel oil (FFO); debido a su alta viscosidad requieren calentamiento, usualmente lograda por medio de un sistema de circulación continua a baja presión de vapor, antes de que el combustible sea bombeado desde el tanque de combustible bunker. En el contexto de los barcos, la nomenclatura tal y como ha sido descrita con

GAS L.P. Gas licuado del petróleo Hidrocarburos, C3 –C4 Cilindros de GLP doméstico de 45 kg El gas licuado del petróleo (GLP) es la mezcla de gases licuados presentes en el gas natural o disueltos en el petróleo. Los componentes del GLP, aunque a temperatura temperatur a y presión ambientales son gases, son s on fáciles de licuar, de ahí su nombre. En la práctica, se puede decir que los GLP son una mezcla de propano y butano. El propano y butano están presentes en el petróleo crudo y el gas natural, aunque una parte se obtiene durante el refinado de petróleo, sobre todo como subproducto de la destilación fraccionada catalítica ( FCC FCC , por sus siglas en inglés Fluid Catalytic Cracking ). ). GLP en refinerías Se inicia cuando el petróleo crudo procedente de los pozos petroleros llega a una refinación primaria, donde se obtienen diferentes destilados, entre los cuales se tienen gas húmedo, naftas o gasolinas, queroseno, gasóleos atmosféricos o diésel y gasóleos de vacío. Estos últimos (gasóleos) de vacío son la materia prima para la producción de gasolinas en los procesos de craqueo catalítico. El proceso se inicia cuando estos se llevan a una planta FCC y, mediante un reactor primario a base de un catalizador a alta temperatura, se obtiene el GLP, gasolinas y otros productos más pesados. Esa mezcla luego se separa en trenes de destilación. GLP de gas natural El gas natural de propano y butano que pueden ser extraídos por procesos consistentes en la reducción de la temperatura del gas hasta que estos componentes y otros más pesados se condensen. Los procesos usan refrigeración

Octubre

2013

17

Curso


de Calderas

o turboexpansores para lograr temperaturas menores de -40 º C necesarias para recuperar el propano. Subsecuentemente estos líquidos son sometidos a un proceso de purificación usando trenes de destilación para producir propano y butano líquido o directamente GLP. El GLP se caracteriza por tener un poder calorífico alto y una densidad mayor que la del aire.

GAS NATURAL Gas natural 1 Gas natural Producción de gas natural según país. El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energía no renovables formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo (acumulación de plancton marino) o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se saca, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95% (p. ej., el gas no-asociado del pozo West Sole en el Mar del Norte), y suele contener otros gases como nitrógeno, Ácido Sulfhídrico, helio y mercaptanos. Como ejemplo de contaminantes cabe mencionar el gas no-asociado de Kapuni (NZ) que contiene hasta 49% de CO2. Como fuentes adicionales de este recurso natural, se están investigando los yacimientos de hidratos de metano que, según estimaciones, pueden suponer una reserva energética muy superiores a las actuales de gas natural. Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos orgánicos (basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de estos restos (depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de basuras, de desechos orgánicos o rgánicos animales, etc.). El gas obtenido así se llama biogás. Algunos de los gases que forman parte del gas natural cuando es extraído se separa de la mezcla porque no tienen capacidad energética (nitrógeno o CO2) o porque pueden depositarse en las tuberías usadas para su distribución debido a su alto punto de ebullición. Si el gas fuese criogénicamente licuado para su almacenamiento, el dióxido de

Octubre

2013

18

Curso


de Calderas

carbono (CO2) solidificaría interfiriendo con el proceso criogénico. El CO2 puede ser determinado por los procedimientos ASTM D 1137 o ASTM D 1945. El propano, butano e hidrocarburos más pesados en comparación con el gas natural son extraídos, puesto que su presencia puede causar accidentes a ccidentes durante la combustión del gas natural. El vapor de agua agu a también se elimina por estos motivos y porque a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y presiones altas forma hidratos de metano que pueden obstruir los gasoductos. Los compuestos de azufre son eliminados hasta niveles muy bajos para evitar corrosión y olores perniciosos, así como para reducir las emisiones de compuestos causantes de lluvia ácida. La detección y la medición de H2S se puede realizar con los métodos ASTM D2385 o ASTM D 2725. Para uso doméstico, al igual que al butano, se le añaden trazas de compuestos de la familia de los mercaptano entre ellos el metil-mercaptano, para que sea fácil detectar una fuga de gas y evitar su ignición espontánea. Gas natural 2 Generación de CO2 Llave de paso de un suministro de gas natural en la cocina de una vivienda de Santiago de Chile El gas natural produce mucho menos CO2 que otros combustibles como los derivados del petróleo, y sobre todo el carbón. Además es un combustible que se quema más limpia y eficazmente. La razón por la cual produce poco CO2 es que el principal componente, metano, contiene cuatro átomos de hidrógeno y uno de carbono, produciendo 2 moléculas de agua por cada una de CO2, mientras que los hidrocarburos de cadena larga (líquidos) producen sólo una molécula de agua por cada 1 de CO2 (recordemos que el calor de formación del agua es muy alto). Como ventaja añadida es un combustible más versátil, que puede utilizar en sistemas de generación más eficientes como el ciclo combinado o la producción de hidrógeno (usado en la denominada pila de combustible que produce energía eléctrica a partir del hidrógeno) y su obtención es más sencilla en comparación con otros combustibles. Para poder licuar el gas natural se suele emplear la acción combinada de la presión y la extracción de calor (bajando la temperatura).Este método se usa en su transporte por barco. Generación de energía

Octubre

2013

19

Curso


de Calderas

El gas natural puede ser empleado para producir hidrógeno que se puede utilizar en los vehículos de hidrógeno. 1 Nm3 (Normal metro cúbico, metro cúbico en condiciones normales, 0 °C de temperatura y 1 atmósfera de presión) de gas natural produce aproximadamente 10,4 kWh. 1 Nm3 (Normal metro cúbico, metro cúbico en condiciones normales, 0 °C de temperatura y 1 atmósfera de presión) de gas natural produce aproximadamente 9300 Kcal. Impacto ambiental El CO2 expulsado a la atmósfera en la combustión del gas contribuye decisivamente al denominado calentamiento global del planeta, puesto que es un gas que produce el denominado efecto invernadero. El CO2 es transparente a los rayos visibles y ultravioletas que calientan la Tierra por el día, pero absorbe los rayos infrarrojos que ésta emite al espacio exterior, ralentizando el enfriamiento nocturno del planeta. No obstante, el impacto medioambiental del gas natural es menor que el de otros combustibles fósiles como los carbones o los derivados del petróleo, puesto que apenas emite otros gases contaminantes como los óxidos de azufre (que son emitidos en mayores cantidades en la combustión de los demás combustibles fósiles). Gases que contribuyen, entre otros efectos, a la producción de la denominada lluvia ácida. Su combustión tampoco produce partículas sólidas (cenizas). Sin embargo, los escapes de gas natural que se producen en los pozos de perforación suponen un aporte muy importante a los gases de efecto invernadero; ya que el metano produce unas 23 veces el efecto invernadero que el dióxido de carbono, según los datos del IPCC [1]. Por ejemplo el accidente de marzo de 2012 en la plataforma petrolífera Elgin operada por la petrolera Total en el Mar del Norte supuso un escape de unos 5.5 millones de metros cúbicos de metano diarios [2], como la densidad del metano en condiciones estándar es 0.668 kg/m3 [3] el escape supone unas 3674 toneladas diarias de metano que equivalen a 23 veces esas emisiones en CO2 [1] lo que hacen unas 84502 toneladas diarias de dióxido de carbono equivalentes. Ese escape sólo, que según estiman los responsables se tardará en detener unos 6 meses, supondría entonces más de 15 millones de toneladas de carbono Gas natural 3 equivalentes; lo cual ronda todas las emisiones industriales de CO2 de un país como Estonia [4] durante el año 2009. AIRE

Octubre

2013

20

Curso


de Calderas

SOSA ACIDO FLUXES DE CALDERA FOTOCELDA LADRILLO REFRACTARIO refractario 1 Ladrillo refractario El ladrillo refractario es un tipo de material cerámico que posee una serie de características especiales, lo que permite hacer un gran uso de éste és te dentro de instalaciones industriales o en trabajos de estufas es tufas domésticas. Las caras de estos ladrillos son lisas. Esta peculiar característica disminuye la adherencia con el mortero, logrando la resistencia a altas temperaturas y la abrasión. Por sus buenas propiedades térmicas este material de construcción es considerablemente caro.[1] Descripción Los ladrillos refractarios actualmente son empleados para revestir calderas, ollas de aceración, parrillas, hornos rotatorios de cementeras, por mencionar algunas, en donde éstos deben estar adheridos uno con uno con tierra refractaria y para lograr mejorar la firmeza del pegado también se puede agregar cemento; dándonos por resultado una mezcla que tendrá una apariencia barrosa; esta mezcla permite que el pegado en la tierra sea suficientemente resistente para los procesos. El manejo de estos ladrillos no es tan simple como manejar ladrillos comunes, debido a que por sus mismas propiedades reacciona de manera explosiva con otros materiales que no sean los correctos. Al igual que la tierra refractaria, los ladrillos refractarios además de cumplir con su función de refractar, son excelente contenedores de calor, es decir, mantienen el calor al que son expuestos durante sus diferentes usos. De las peculiaridades de este tipo de material es que son fabricados en calidades variadas, dependiendo de la

Octubre

2013

21

Curso


de Calderas

concentración de alúmina y en base a esta concentración el ladrillo resiste mayores temperaturas o puede ser usado para distintos medios. Las concentraciones van v an desde el 36% hasta el 99% de Alúmina aunque también se puede emplear sílice. Principalmente cuando se quiere recubrir hornos destinados para la fundición de acero, el tipo de ladrillo empleado es el de dióxido de silicio, en algunos casos cuando los ladrillos comienzan a licuarse estos trabajan con temperaturas superiores 3000 °F (1650 °C). Para poder crear estos ladrillos es necesario que sus componentes estén expuestos a bajas presiones y que sean a su vez, quemados a temperaturas muy altas. Las excepciones a este proceso son aquellos ladrillos que son químicamente ligados, o los que utilizan el alquitrán, resina o gomo para permanecer aglutinados. Propiedades por contenido Los ladrillos refractarios utilizados son de dos tipos dependiendo del contenido de arcilla con sílices o alúminas. Las propiedades de estos compuestos permiten p ermiten que el ladrillo soporte estar a grandes temperaturas. Aunque el comportamiento de cada uno es muy propio del material.[2] Ladrillos Refractarios con Alto Contenido en Alúmina El coeficiente de dilatación térmica de este tipo de ladrillos es muy bajo. Gracias a esta propiedad los ladrillos están preparados para soportar sopor tar elevadas temperaturas, sin presentar presen tar algún tipo de deformación o dilatación que modifiquen el desempeño del ladrillo después de su enfriamiento. Como la arcilla necesaria para su fabricación es muy poca, y por el gran contenido de alúmina, material caro, en el mercado el precio de estos ladrillos es alto. Ladrillo refractario 2 Ladrillos Refractarios con Alto Contenido de Sílice Al igual que los anteriores, estos ladrillos están diseñados para estar expuestos a altas temperaturas, sin embargo, cuando estos son sometidos a fases alternativas o continuas de calor a frío suelen dilatarse de manera considerable para su uso industrial. Y estos continuos cambios de d e temperatura, así como de forma, afectan el ladrillo de tal forma que este termina por desintegrarse. Este tipo de ladrillo es muy útil en zonas en donde las temperaturas a las que se expone son altas continuas. Características • El color que adoptan estos ladrillos

GASES DE COMBUSTION

Octubre

2013

22

Curso


de Calderas

Gases de combustión Los gases de combustión son el resultado la combustión de las materias combustibles, como gasolina/petróleo, Diesel o carbón. En las combustiones localizadas y controladas, se descargan a la atmósfera a través de una tubería o chimenea. Aunque gran parte de los gases de combustión está compuesto por el relativamente inofensivo dióxido de carbono y por agua en forma de vapor, vapor , también contiene sustancias nocivas o tóxicas como el monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), óxidos de azufre (SOx), más raramente óxidos de nitrógeno (NOx) y aerosoles. Los gases de combustión del Diesel tienen un olor característico. Los estándares de control del deterioro de la calidad del aire suelen centrarse en reducir los contaminantes que llevan éstos gases.

TIPOS DE VAPOR DE AGUA

s de vapor de Agua More Sharing Services Share on favorites Share on email Share on print Share on twitter Contenidos: 1.

Relación Presión-Temperatura del Agua y Vapor

2.

Vapor Saturado

a.

Ventajas de usar vapor saturado para calentamiento

3.

Vapor húmedo

4.

Vapor Sobrecalentado

a.

Ventajas de usar vapor sobrecalentado para impulsar turbinas:

b.

Desventajas de usar el vapor sobrecalentado para calentamiento:

5.

Agua Supercrítica

6.

Varios Estados del Agua

Octubre

2013

23

Curso


de Calderas

Si es agua es calentada mas por sobre su punto de ebullición, esta se convierte en vapor, o agua en estado gaseoso. Sin embargo, no todo el vapor es el mismo. Las propiedades del vapor varían de gran forma dependiendo de la presión y la temperatura la cual esta sujeto. En el articulo Principales Aplicaciones para el Vapor , discutimos varias aplicaciones en las cuales el vapor es utilizado. En la sección siguiente, discutiremos los tipos de vapor utilizados en estas aplicaciones.

Relación Presión-Temperatura del Agua y Vapor Da click en una palabra para ver la animación.

24

Los resultados del vapor saturado (seco) cuando el agua es calentada al punto de ebullición (calor sensible) y después evaporada con calor adicional (calor latente). Si este vapor es posteriormente calentado por arriba del punto de saturación, se convierte en vapor sobrecalentado (calor sensible).

Vapor Saturado Como se indica en la línea negra en la parte superior de la grafica, el vapor saturado se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden pu eden coexistir juntos. En otras palabras, esto ocurre cuando el rango de vaporización del agua es igual al rango de condensación.

Ventajas de usar vapor saturado para calentamiento El vapor saturado tiene varias propiedades que lo hacen una gran fuente de calor, particularmente a temperaturas de 100 °C (212°F) y mas elevadas. Algunas de estas son: Propiedad Ventaja

Octubre

2013

Curso

Calentamiento equilibrado a través de la transferencia de calor latente y Rapidez La presión puede controlar la temperatura Elevado coeficiente de transferencia de calor Se origina del agua


de Calderas

Mejora la productividad y la calidad del producto La temperatura puede establecerse rápida y precisamente Area de transferencia de calor requerida es menor, permitiendo la reducción del costo inicial del equipo Limpio, seguro y de bajo costo

Tips

•

•

•

•

Habiendo dicho esto, es necesario tener presente lo siguiente cuando se calienta con vapor saturado: La eficiencia de calentamiento se puede ver reducida si se usa un vapor diferente al vapor seco para los procesos de calentamiento. Contrario a la percepción común, virtualmente no todo el vapor generado en una caldera es vapor seco, si no vapor húmedo, el cual contiene algunas moléculas de agua no vaporizadas. La perdida de calor por radiación ocasiona que una parte del vapor se condense. Por lo tanto el vapor húmedo generado se vuelve aun mas húmedo, y también se forma mas condensado, el cual debe ser removido al instalar trampas de vapor en las locaciones apropiadas. Condensado el cual es mas pesado caerá del flujo de vapor y puede ser removido a través de piernas de condensado y trampas de vapor. Sin embargo, el vapor húmedo que es arrastrado reducirá la eficiencia de calentamiento, y deberá ser removido por medio de estaciones de separación en el punto de uso o en la distribución. El vapor que incurre en perdidas de presión debido a exceso de fricción en la tubería, etc., podría resultar también en su correspondiente corres pondiente perdida en temperatura.

Vapor húmedo Esta es la forma mas común da vapor que se pueda experimentar en plantas. Cuando el vapor se genera utilizando una caldera, generalmente contiene humedad proveniente de las partículas de agua no vaporizadas las cuales son arrastradas hacia las líneas de distribución de vapor. Incluso las mejores calderas pueden descargar vapor conteniendo de un 3% a un 5% de humedad. Al momento en el que el agua se aproxima a un estado de saturación y comienza a evaporarse, normalmente, una pequeña porción de agua generalmente en la forma de gotas, es arrastrada en el flujo de vapor y arrastrada a los puntos de distribución. Este uno de los puntos claves del porque la separación es usada para remover el condensado de la línea de distribución.

Vapor Sobrecalentado El vapor sobrecalentado se crea por el sobrecalentamiento del vapor saturado o húmedo para alcanzar un punto mayor al de saturación. Esto quiere decir que es un vapor que contiene mayor

Octubre

2013

25

Curso


de Calderas

temperatura y menor densidad que el vapor saturado en una misma presión. El vapor sobrecalentado es usado principalmente para el movimiento-impulso de aplicaciones como lo son las turbinas, y normalmente no es usado para las aplicaciones de transferencia de calor.

•

•

Ventajas de usar vapor sobrecalentado para impulsar turbinas: Para mantener la sequedad del vapor para equipos impulsados por vapor, para los que su rendimiento se ve afectado por la presencia de condensado Para mejorar la eficiencia térmica y capacidad laboral , ej. Para lograr mayores cambios en el volumen especifico del estado sobrecalentado a menores presiones, incluso a vacío. Es ventajoso tanto como para suministro así como para la descarga de vapor mientras que se encuentre en el estado de sobrecalentamiento ya que el condensado no se generara dentro del equipo impulsado por vapor durante una operación normal, minimizando así el riesgo a daños ocasionados por la erosión o la erosión acido carbónica. Además, como la eficiencia térmica teórica de la turbina es calculada del valor de la entalpía a la entrada y a la salida de la turbina, incrementando el grado de sobrecalentamiento así como la presión incrementa la entalpía a la entrada de la turbina, y es por lo tanto efectiva al mejorar la eficiencia térmica.

Desventajas de usar el vapor sobrecalentado para calentamiento: Propiedad Desventaja Reduce la productividad Bajo coeficiente de transferencia de calor Se requiere un superficie mayor para la transferencia de calor El vapor sobrecalentado requiere mantener una velocidad elevada, Temperatura variable aun a de lo contrario la temperatura disminuirá ya que se perderá el calor una presión constante del sistema Calor sensible utilizado para Las caídas de temperatura pueden tener un impacto negativo en la la transferencia de calor calidad del producto La temperatura podría ser Se podrían requerir materiales mas fuertes para la construcción de extremadamente elevada equipos, requiriendo un mayor costo inicial. Por estas y otras razones, se prefiere al vapor saturado por sobre el vapor sobrecalentado como medio de calentamiento en intercambiadores de calor y otros equipos de transferencia de calor. Por otro lado, desde el punto de vista de usarlo como fuente de calor para un calentamiento directo como un gas de alta temperatura, tiene algunas ventajas por sobre el aire caliente como que puede ser usado como fuente de calentamiento bajo las condiciones de libre de oxigeno. De igual manera se realizan investigaciones para el uso de vapor sobrecalentado en aplicaciones de industrias procesadoras de alimentos tales como el cocimiento y el secado.

Agua Supercrítica El agua supercrítica es agua en estado que excede su punto critico: 22.1MPa, 374 °C (3208 psia, 705°F). En el punto critico, el calor latente del vapor es cero, y su volumen especifico es

Octubre

2013

26

Curso


de Calderas

exactamente igual ya sea que se considere como gas o liquido. En otras palabras, el agua que se encuentra a una presión y temperatura mayor que la de su punto critico es un estado indistinguible en el cual no es liquido o gas. El agua supercritica es utilizada para impulsar turbinas en plantas de energia que demandan mayor eficiencia. Investigaciones sobre agua supercritica se realizan con un enfasis hacia su uso como fluido que tiene propiedades tanto de liquido y gas, y en particular que es adecuado para su uso como solvente para reacciones quimicas.

Varios Estados del Agua

Agua No-saturada

27

Esta es agua en su estamdo mas reconocido. Aproximadamente 70% del peso del cuerpo humano es de agua. En la forma liquida del agua, las uniones de hidrogeno mantienen unidas las moleculas de hidrogeno. Como resultado, el agua No-saturada posee una estructura relativamente densa, compacta y estable.

Agua Saturada Las moleculas saturadas de vapor son invisibles. Cuando el vapor saturado es liberado a la atmosfera al ser venteado de una tuberia, parte de el se condensa al transferir su calor al aire circundante, y se forman nubes de vapor blanco (pequeñas gotas de agua). Cuando el vapor incluye estas pequeñas gotas de agua, se le llama vapor húmedo. En un sistema de vapor, el vapor es liberado por las trampas de vapor es generalmente confundido con vapor (vivo) saturado, mientras que en realidad es vapor flash. La diferencia entre los dos es que el vapor saturado es invisible inmediatamente a la salida de la tuberia mientras que el vapor flash contiene pequeñas gotas de agua que se forman una vez expuesto al ambiente.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Vapor Sobrecalentado Mientras retenga su estado de sobrecalentamiento, el vapor sobrecalentado no se condensara aun cuando entre en contacto con la atmosfera y su temperatura descienda. Como resultado, no se forman nubes de vapor. El vapor sobrecalentado almacena mas calor que el vapor saturado a la misma presión, y el movimiento de sus moléculas es mucho mas rápido por lo tanto tiene menor densidad (ej. su volumen especifico es mayor)

Agua Supercrítica

28

A pesar de que no es posible de identificar por confirmación visual, esta es agua en una forma en la cual no es ni liquido ni gas. La idea general es de un movimiento molecular que es cercano al gas, y una densidad que es cercana a la de un liquido.

2. TRATAM TRATAMIEN IENTO TO DEL DEL AGUA AGUA PARA PARA CALDE CALDERAS RAS AGUA: Es el compuesto más abundante y más ampliamente extendido. En estado sólido, en forma de hielo o nieve, cubre las regiones más frías de la tierra; en estado líquido, lagos, ríos, y océanos, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre. Está presente en el aire en forma de vapor de agua. Hay agua en toda materia viva, constituyendo el 65% del cuerpo humano. Todos los alimentos contienen agua.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Debido a su gran abundancia y a que su ebullición se efectúa a temperaturas convenientes, puede ser convertida en vapor, resulta un medio ideal para la generación de la fuerza. CONSTITUYENTES DEL AGUA El agua es el fluido de trabajo de los sistemas de vapor y una de las sustancias naturales más abundantes; sin embargo, nunca se encuentra en estado puro, adecuado para la alimentación directa de una caldera. Por lo común en estado natural, el agua se encuentra turbia, con materias sólidas en suspensión fina. Incluso cuando está clara, el agua natural contiene soluciones de sales y ácidos que dañan con rapidez el acero y los metales a base de cobre de los sistemas de vapor. Según los elementos que la acompañan, podríamos considerar las mismas en dos grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos en Suspensión", esto lo constituyen los minerales finamente divididos, como las arcillas y los restos de organismos vegetales o animales; y la cantidad de sustancias suspendidas, que son mayor en aguas turbulentas que en aguas quietas y de poco movimiento. Es importante destacar que es necesario añadir a las descritas, los residuos que las industrias lanzan a los recursos fluviales procedentes de distintos procesos de producción. Constituyen los elementos disueltos en el agua, las sustancias orgánicas, los gases disueltos, las sales minerales y la sílice, aunque ésta también suele aparecer como elemento en suspensión en forma de finísimas partículas o coloides. Las aguas pueden considerarse según la composición de sales minerales presentes, en:

Aguas duras: Impor Importa tant ntee presen presenci ciaa de comp compue uest stos os de calc calcio io y magne magnesi sio, o, po poco co solubl solubles, es, princ princip ipal ales es responsables de la formación de depósitos e incrustaciones.

Aguas Blandas: Su composición principal está dada por sales minerales de gran solubilidad.

Aguas Neutras: Componen su formación una alta concentración de sulfatos y cloruros que no aportan al agua tendencias ácidas o alcalinas, o sea que no alteran sensiblemente el valor de pH.

Aguas Alcalinas: Las forman forman las que tienen tienen import important antes es cantid cantidade adess de carbona carbonatos tos y bicarbo bicarbonat natos os de calcio calcio,, magnesio y sodio, las que proporcionan al agua reacción alcalina elevando en consecuencia el valor del pH presente. Los gases disueltos en el agua, provienen de la atmósfera, de desprendimientos gaseosos de determ determina inados dos subsuel subsuelos, os, y en algunas algunas agu aguas as superfi superficia ciales les de la respira respiració ciónn de organis organismos mos animales y vegetales. Los gases disueltos que suelen encontrarse son él oxigeno, nitrógeno,

Octubre

2013

29

Curso


de Calderas

anhídrido carbónico presente procede de la atmósfera arrastrado y lavado por la lluvia, de la respiración de los organismos vivientes, de la descomposición anaeróbica de los hidratos de carbono y 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 disuelve en el agua, en parte en forma de gas y en parte reaccionando con el agua para dar ácido carbónico de naturaleza débil que se disocia como ión bicarbonato y ión hidrógeno, el que confiere al agua carácter ácido.

Problemas derivados de la utilización del agua en calderas Los problemas mas frecuentes presentados en calderas pueden dividirse en dos grandes grupos: Problemas de corrosión Problemas de incrustación Aunque menos frecuente, suelen presentarse ocasionalmente: Problemas de ensuciamiento y/o contaminación.

Problemas de corrosión: 30

Para que esta aparezca, es necesario que exista presencia de agua en forma líquida, el vapor seco con presencia de oxígeno, no es corrosivo, pero los condensados formados en un sistema sistema de esta naturaleza son muy corrosivos. En las líneas de vapor y condensado, se produce el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se acumula agua condensada. La corrosión que produce el oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada de aire al sistema, a bajo valor de pH, el bióxido de carbono abarca por si mismo los metales del sistema y acelera la velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente en el oxígeno. El oxígeno disuelto ataca las tuberías de acero al carbono formando montículos o tubérculos, bajo los cuales se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferrosoférrico hidratado. Una forma de corrosión que suele presentarse con cierta frecuencia en calderas, corresponde a una reacción de este tipo: 3 Fe + 4 H2O ----------> Fe3O4 + 4 H2 Esta reacción se debe a la acción del metal sobre calentado con el vapor. Otra forma frecuente de corrosión, suele ser por una reacción electroquímica, en la que una corriente circula debido a una diferencia de potencial existente en la superficie metálica. Los metales se disuelven en el área de más bajo potencial, para dar iones y liberar electrones de acuerdo a la siguiente ecuación: En el ánodo Feº - 2 e- ---------------> Fe++

Octubre

2013

Curso


de Calderas

En el cátodo O2 + 2 H2O + 4 e- ----------> 4 HO Los iones HO- (oxidrilos) formados en el cátodo migran hacia el ánodo donde completan la reacción con la formación de hidróxido ferroso que precipita de la siguiente forma: Fe ++ + 2 OH- ----------> (HO)2 Fe Si la concentración de hidróxido ferroso es elevada, precipitará como flóculos blancos. El hidróxido ferroso reacciona con el oxígeno adicional contenido en el agua según las siguientes reacciones: 4 (HO)2 Fe + O2 ---------- 2 H2O + 4 (HO)2 Fe 2 (HO)2 Fe + HO- ----------> (HO)3 Fe + e (HO)3 Fe ----------> HOOFe + H2O 2 (HO)3 Fe ----------> O3Fe2 . 3 H2O

Problemas de Incrustación: La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suelen verse con mayor frecuencia que lo estimado conveniente. El origen de las mismas está dado por las sales presentes en las aguas de aporte a los generadores de vapor, las incrustaciones formadas son inconvenientes debido a que poseen una conductividad térmica muy baja y se forman con mucha rapidez en los puntos de mayor transferencia de temperatura. Por esto, las calderas incrustadas requieren un mayor gradiente térmico entre el agua y la pared metálica que las calderas con las paredes limpias. Otro 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 naturaleza, aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así sobrevenir desgarros o rupturas en los tubos de la unidad con los perjuicios que ello ocasiona. Las sustancias formadoras de incrustaciones son principalmente el carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, sulfato de calcio y sílice, esto se debe a la baja solubilidad que presentan estas sales y algunas de ellas como es el caso del sulfato de calcio, decrece con el aumento de la temperatura. Estas incrustaciones forman depósitos duros muy adherentes, difíciles de remover, algunas de las causas más frecuentes de este fenómeno son las siguientes:    

Excesiva concentración de sales en el interior de la unidad. El vapor o condensado tienen algún tipo de contaminación. Transporte de productos de corrosión a zonas favorables para su precipitación. Aplicación 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: Ca ++ + 2 HCO3 - ------------> CO3 Ca + CO2 + H2O Ca ++ + SO4

Octubre

2013

31

Curso


de Calderas

= ------------> SO4Ca Ca++ + SiO3 = --------> SiO3Ca Mg++ + 2 CO3 H- -------------> CO3 Mg + CO2 + H2O CO3 Mg + 2 H2O ---------> (HO)2 Mg + CO2Mg++ + SiO3 -----> SiO3 Mg

Ensuciamiento por Contaminación. Se consideran en este rubro como contaminante, distintas grasas, aceites y algunos hidrocarburos, ya que este tipo de contaminación son las más frecuentes vistas en la industria. Dependiendo de la cantidad y característica de los contaminantes existentes 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 vapor y condensado, siendo la misma causante de la formación de incrustaciones y depósitos en la sección post-caldera. La formación de espuma, suele ocurrir por dos mecanismos, mecanismos, uno de ellos es el aumento aumento del tenor de sólidos disueltos en el interior de la unidad, los que sobrepasan los límites aceptados de trabajo, la presencia de algunos tipos de grasas y/o aceites (como ácidos orgánicos) producen una saponificación de las mismas dada la alcalinidad, temperatura y presión existentes en el interior de la caldera. La cont contam amina inaci ción ón por por hidro hidroca carbu rburos ros agreg agregaa a lo vist vistoo la form formaci ación ón de un film film aisl aislan ante te difi dificu cult ltan ando do la tran transfe sferen renci ciaa térm térmic icaa entr entree los los tubo tuboss y el agua agua del del inte interi rior or de la un unid idad ad,, agravándose esto con las características adherentes de este film que facilita y promueve la formación de incrustaciones y la formación de corrosión bajo 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 través de las paredes metálicas del sistema, lo que hace que el mismo sufra un endurecimiento y "coquificación", siendo este difícil de remover por procedimientos químicos simples. Por todas estas consideraciones, se ve como método más económico y lógico de mantenimiento de calderas, efectuar sobre el agua de aporte a las mismas mismas los procedimient procedimientos os preventivos que la misma requiera, evitando así costos de mantenimiento innecesarios y paradas imprevistas en plena etapa de producción con los costos que esto conlleva.

LIMITES RECOMENDADOS PARA LOS CONSTITUYENTES DEL AGUA QUE SE USAN EN CALDERAS PARTES POR MILLON (PPM) Presión lb/in2 0-300 301-450 451-600 601-750 751-900

Octubre

2013

Total de sólidos sólidos Alcalinidad disueltos 3500 700 3000 600 2500 500 2000 400 1500 300

Dureza 0 0 0 0 0

Sílice 100-60 60-45 45-35 35-25 25-15

Turbidez 175 150 125 100 75

Aceite 7 7 7 7 7

Fosfatos residuales 140 120 100 80 60

32

Curso


de Calderas

OBJETIVOS DEL ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA 1. Evitar la acumulación de incrustación y depósitos en la caldera. 2. Eliminar los gases disueltos en el agua. 3. Proteger la caldera contra la corrosión. 4. Eliminar el acarreo y retardo (vapor). 5. Mantener la eficiencia más alta posible de la caldera. 6. Disminuir la cantidad de tiempo de paralización de la caldera para limpieza.

TRATAMIENTO PARA AGUA DE CALDERAS

33

Con relación al tratamiento de agua para calderas, se ha estudiado ampliamente en el desarrollo de compuestos inorgánicos tales como: fosfatos, sulfitos, aminas, etc., sin embargo todos estos compuestos se comportan exclusivamente como preventivos, esto significa que cuando una caldera ya se encuentra incrustada, estos productos evitarán que dicha incrustación continúe creciendo, pero la incrustación formada no sufrirá disminución alguna (al contrario, tiende a aumentar cuando existen errores en la dosificación) por tanto la desincrustación se deberá realizar manu manual alme ment ntee o por por medi medioo de reci recirc rcul ulac ació iónn de ácid ácidos os teni tenien endo do este este últi último mo los los ries riesgo goss correspondientes y en ambas opciones se tendrá que parar el funcionamiento del equipo. La forma mas frecuente de expresar la concentración de impurezas es la que relaciona las partes en peso del elemento por millón de partes de agua (ppm) un grano por galón es igual a 17.1 ppm.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Los sólidos productores de espuma en grandes concentraciones dentro del agua de la caldera contribuyen a que esta sea portadora de partículas contaminantes y por ende contaminan el vapor. Debido a que el agua de la naturaleza no es apropiada para las calderas, es necesario realizar los siguientes tratamientos: 



1. Separación de los elementos nocivos del agua. 2. Conversión de las impurezas residuales en formas inocuas. 3. Remoción sistemática por medio de purgas de los concentrados del agua de la caldera. La razón fundamental del tratamiento de las aguas de alimentación y de la caldera es evitar 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 y los depósitos sólidos están estrechamente relacionados. Esto es debido a que las grandes concentraciones de sólidos a altas temperaturas, crean depósitos y a su vez la corrosión. Algunas reacciones químicas presentan un ataque ínter granular en el metal, que se vuelve quebradizo hasta que sobreviene la fractura. El tratamiento más apropiado económicamente justificado, para una planta determinada, depende de las características del agua disponible, en la cantidad de reposición y el diseño de su generador de vapor y sus accesorios. 

 





34

AGUA CRUDA Los tratamientos que se le dan al agua cruda para convertirla en agua de alimentación comprenden uno o más de los siguientes procedimientos:

SEPARACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN: Consiste en separar partículas grandes (tamices, telas o capas de material granular ) y pequeñas ( productos productos químicos).

TRATAMIENTO QUÍMICO PARA ELIMINAR LA DUREZA: Las principales impurezas que dan lugar a la formación de incrustaciones en la caldera son calcio, magnesio y sílice. La cal-sosa y la soda ash mediante una reacción química forman un precipitado que puede separarse junto con los lodos. En ambos procesos se obtiene sulfato de sodio.

ELIMINACIÓN DE LA DUREZA POR INTERCAMBIO DE CATIONES: Ciertos minerales como el silicato de aluminio y sodio y algunas resinas sintéticas, como los poliestirenos o materiales de tipo fenólico, poseen pos een la capacidad de d e intercambiar los iones de sodio por iones de calcio y magnesio, cuando éstos se encuentran en solución acuosa. Luego se hace pasar el agua cruda o filtrada a través de lechos de partículas granuladas de zeolita.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Para restaurar los iones de sodio de la zeolita, se hace 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, utilizando cal caliente (con magnesio o sin él, para separar los silicatos), seguida del intercambio de cationes de sodio en caliente.

DESMINERALIZACIÓN POR MEDIO DE LA SEPARACIÓN TOTAL DE SÓLIDOS DISUELTOS: Algunos tipos de resinas orgánicas sintéticas tienen la capacidad de seleccionar y separar los cationes o aniones indeseables en una solución acuosa, por intercambio de iones hidrógeno y oxidrilo. Los iones de hidrógeno y oxidrilo son liberados por la resina durante el proceso combinado, calentándose para formar agua pura.

EVAPORACIÓN: El agua pura puede obtenerse colectando el destilado de la evaporación, al hervir el agua cruda, esto debido a que los constituyentes solubles permanecen en el agua, entonces se separan por purgas sucesivas o medios mecánicos. La contaminación del destilado se da por el arrastre de partículas de agua en el vapor o reabsorción de gases no condensables. El reciclaje del condensado de vapor procedente del calentamiento de procesos es conveniente para aprovechar el condensado relativamente puro. Debido a la disipación atmosférica y 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 y algunas veces con una mezcla de ambos. El factor primordial en la corrosión de superficies de acero en contacto con agua es el oxígeno disuelto. Este gas puede eliminase en forma parcial calentando el agua a temperatura de ebullición en calentadores de agua de tipo abierto. Para compleme complementa ntarr se agrega agrega hidraci hidracina na o sulfit sulfitoo de sodio sodio para remover remover comple completam tament entee el oxígeno. Otros gases que producen corrosión son el dióxido de carbono, dióxido de azufre y ácido sulfhídrico que se encuentran en el tubo de condensados y en el sistema de precalentador. Estos gases pueden haber tenido su origen en la atmósfera o se forman a partir de los constituyentes del agua dentro de la caldera.

Octubre

2013

35

Curso


de Calderas

La presencia de gases en el condensado, da una reacción ácida causando así la corrosión. Si se agrega amoniaco a algunas aminas volátiles como la morfolina o la ciclohexilamina se logra aumentar el pH del agua de alimentación. Cuando se agregan aminas formadoras de películas (que no elevan el pH), estas protegen las tuberías por medio de capas monomoleculares que se adhieren a la superficie metálica. El tratamiento interno del agua de la caldera tiene por objeto evitar la corrosión, las impurezas en las superficies conductoras de calor, contaminación del vapor y las condiciones ideales del agua. La prevención de la corrosión en las calderas se realiza manteniendo un estado alcalino o pH en el agua. La presencia de los iones hidrógeno (H+) u oxidrilo (OH-) en las soluciones acuosas dan una reacción ácida o alcalina. Cuando en una solución acuosa se encuentran presentes iones de muchos compuestos, como sucede en las aguas de la caldera, caldera, se tiene una elevada actividad actividad de interacción entre ellos. Estos fenómenos se conocen como efecto amortiguador o “Buffer” y afecta la concentración de los iones específicos resultantes; entonces la solución tiende a acercarse al punto de equilibrio según los principios químicos de acción de masas. El pH de una muestra de agua puede determinarse por la medida de su potencial eléctrico, o bien en forma aproximada por indicadores que cambian de color dentro de determinados valores de pH debido a su relación con la solución. El pH del agua de una caldera que trabaje con una presión aproximada aproximada de 1800 psi, mantiene mantiene un pH 10.2 a 11.5; si la presión es mayor a esta se emplean lechos desmineralizadores que disminuyen el pH entre 9 y 10. Es necesario eliminar eliminar la dureza del agua de la caldera caldera para evitar evitar las incrustacio incrustaciones nes lo cual se cons consig igue ue agre agrega gand ndoo fosf fosfat atoo de sodi sodioo o de po pota tasi sioo al agua agua de la cald calder eraa y mezc mezcla land ndoo perfectamente. El pH lo bajamos normalmente con oxido clorhídrico (H+). El pH lo subimos con sodas (OH-). Un pH alto (> 10) me da formaciones de lodos insolubles y no adherentes, mientras que un pH bajo forma lodos adherentes. La sílice como impureza puede entrar en el sistema en forma de compuestos solubles, como partículas finamente f inamente divididas que no son retenidas en el proceso de filtración, una vez dentro se se disuelve en el agua alcalina de la caldera o se combina con ella y entra en solución y produce incrustaciones adherentes, y en otras ocasiones produce silicatos que forman incrustaciones con el oxido de hierro o alúmina. Los limites de las concentraciones varían en función de la presión de operación, en un intervalo que va de 10 ppm con 1000 psi a 0.3 ppm con 2500 psi. El método Chelant para para tratamiento de agua es utilizado en la industria por muchos operadores de caldera. El Chelant reacciona con los residuos divalentes de los iones metálicos de calcio, hierro y magnesio . 















  







DESAIREADORES:

Octubre

2013

36

Curso


de Calderas

37

Se conocen como desaireadores (desgasificadores) aquellos dispositivos mecánicos empleados para liberar los gases contenidos en el agua de alimentación (aire, ( aire, oxigeno, anhídrido carbónico y otros gases). 

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Su funcionamiento consiste en dividir el agua de alimentación en finas gotitas, calentándolas a continuación para transformarlas en vapor dentro del desaireador, y separar el aire, anhídrido carbónico y otros gases del vapor a medida que este se va condensando. En los desaireadores el fluido calorífico acostumbra a ser el vapor, a presiones comprendidas entre valores altos hasta otros inferiores a la presión atmosférica.



Un calentador de agua de alimentación del tipo abierto o de contacto directo puede desempeñar 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 hacen salir por el purgador purga dor del calentador. 

El agua a pesar de encontrarse en grandes cantidades, no siempre se encuentra en las mejores mejores condiciones, por tal razón es necesario realizar un tratamiento previo antes de ser usada.



Es de suma importancia conocer las sustancias que se pueden encontrar en el agua, ya que a partir de estas podremos determinar el tratamiento adecuado a realizarse. 

Realizando un correcto tratamiento de las aguas usadas en las calderas, podremos evitar gran cantidad de daños como corrosión, incrustaciones o taponamientos. Elevaremos la eficacia de la máquina y ahorraremos tiempo y dinero en mantenimiento (algunas veces innecesario).



38

Se puede disponer de una gran cantidad de métodos y sustancias para el tratamiento del agua usada en las calderas, cada uno de estos se aplican dependiendo la necesidad



3. TERM TERMOD ODIN INAM AMIICA La termodinámica (del Griego θερμo-, ''termo'', que significa 'calor' y ''dinámico'', que significa „fuerz „fuerzaa ) es una rama rama de la físi física ca que estu estudi diaa los los efect efectos os de los camb cambio ioss de la temp temper erat atura ura,, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor ‟

Octubre

2013

Curso


de Calderas

significa 'energía en tránsito' y dinámica se refiere al 'movimiento', por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor. El punto de partida para la mayoría de consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o trabajo. También se postula la existencia de una una magn magnit itud ud llam llamad adaa entr entropí opía, a, que que pue puede de ser ser defi defini nida da para para cualq cualqui uier er sist sistem ema. a. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. También conocido como principio de la conservación de la energía, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema, la energía interna del sistema variará. La diferencia entre la energía interna del sistema y la cantidad de energía es denominada calor. Fue propuesto por Antoine Lavoisier. En otras palabras: La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma. ( Ley de la Conservación de la energía).

Vapor

39

Octubre

2013

Curso


de Calderas

4. GENE GENERA RALI LIDA DADE DES S DE CALD CALDER ERAS AS

40

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Clasificación Las calderas o generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combus combusti tibl blee sóli sólido, do, líqu líquid idoo o gaseo gaseoso, so, vapo vapori riza zann o cali calient entan an el agua agua para para aplic aplicaci acion ones es industriales. Hasta principios principios del siglo XIX se usaron calderas para teñir ropas, producir vapor para limpieza, limpieza, etc., hasta que Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se usó vapor para intentar mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse ésta dejaba de producir trabajo útil. Luego de otras experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica. La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776. Inicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continua en el nuestro. Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente gradualmente terreno frente a las turbinas. turbinas. Entre sus desventajas encontramos la baja velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por KW de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura. Dentro de los diferentes tipos de calderas se han construido calderas para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros.

Elementos de una caldera Las calderas de vapor, constan básicamente de 2 partes principales:

Cámara de agua.

Octubre

2013

41

Curso


de Calderas

Recibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera, el nivel de agua se fija en su fabricación, de tal manera que sobrepase en unos 15 cms por lo menos a los tubos o conductos de humo superiores. Con esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua. Según la razón que existe existe entre la capacidad de la cámara de agua y la superficie de calefacción, se distinguen calderas de gran volumen, mediano y pequeño volumen de agua. Las calderas de gran volumen de agua son las más sencillas y de construcción antigua, se componen de uno a dos cilindros unidos entre sí y tienen una capacidad superior a 150 Lt de agua por cada m2 de superficie de calefacción. calefac ción. Las calderas de mediano volumen volumen de agua están provistas provistas de varios tubos de humo y también también de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la superficie de calefacción, sin aumentar el volumen total del agua. Las calderas de pequeño volumen de agua están formadas por numerosos tubos de agua de pequeño diámetro, con los cuales se aumenta au menta considerablemente la superficie de calefacción. Como características características importantes importantes podemos considerar que las calderas de gran volumen de agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión del vapor y el nivel del agua, pero tienen el defecto de ser muy lentas en el encendido y debido a su reducida superficie producen poco vapor, adicionalmente son muy peligrosas en caso de explosión y poco económicas. Por otro lado, las calderas de pequeño volumen de agua, por su gran superficie de calefacción, son muy rápidas en la producción de vapor, tienen muy buen rendimiento y producen grandes cantidades de vapor, debido a esto requieren especial cuidado en la alimentación del agua y regulación del fuego, pues de faltarles alimentación, pueden secarse y quemarse en breves minutos.

Cámara de vapor. Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, el cual debe ser separado del agua en suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente también la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor. Adicionalmente las calderas tienen dentro de su configuración gran cantidad de elementos en cuanto a operación y control.

Adicionalmente un sistema de generación de vapor tiene 

Válvulas de seguridad

Octubre

2013

42

Curso


de Calderas

43



Válvulas reguladoras de flujo



Bomba de alimentación

Octubre

2013

Curso


de Calderas

44



Tanque de condensados

Octubre

2013

Curso


de Calderas

45



Trampas de vapor

Octubre

2013

Curso


de Calderas

46

Octubre

2013

Curso


de Calderas

47



Redes de distribución



Equipos consumidores



Sistemas de recuperación de calor

Octubre

2013

Curso


de Calderas

48

5. CLASIFI CLASIFICAC CACION ION DE LAS CALDER CALDERAS AS

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Por la disposición de los fluidos 

Pirotubulare Pirotubulares: s: En este tipo de calderas calderas los gases de combustión circulan circulan por el interior de los tubos y manejan presiones de operación de 0-300 PSIG.

La caldera de vapor pirotubular, concebida especialmente para aprovechamiento de gases de recuperación presenta las siguientes características. El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor. La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de humos. El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cámara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de conexión. En cuanto al acceso, al lado agua se efectúa a través de la boca de hombre, situada en la bisectriz bisectriz superior del cuerpo y con tubuladuras de gran diámetro en la bisectriz inferior y placa posterior para facilitar la limpieza de posible acumulación de lodos.

49

Ventajas: Menor costo inicial debido a la simplicidad de su diseño. Mayor flexibilidad de operación. Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación. Son pequeñas y eficientes. Inconvenientes: Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento. No son empleables para altas presiones.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

50



Acuatubulares: En este tipo de calderas el agua circula por el interior de los tubos y manejan presiones de operación de 0-2200 PSIG.

Las calderas acuotubulares (el agua está dentro de los tubos) eran usadas en centrales eléctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor, para accionar acc ionar las máquinas a vapor de principios de siglo. s iglo. En estas calderas, los tubos longitudinales interiores se emplean para aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja. Originalmente estaban diseñadas para quemar combustible sólido. La producción del vapor de agua depende de la correspondencia que exista entre dos de las características fundamentales del estado gaseoso, que son la presión y la temperatura.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

A cualquier temperatura, por baja que esta sea, se puede vaporizar agua, con tal que se disminuya convenientemente la presión a que se encuentre sometido dicho líquido, y también a cualquier presión puede ser vaporizada el agua, con tal que se aumente convenientemente su temperatura. temperatura . La producción de vapor de estas calderas es de unos 1500 kg/hora cada una, a una presión de régimen de 13 atm. absolutas y 300 °C de temperatura. Desde su construcción estaban preparadas para quemar carbón, pero en el año 1957 el Prof. Lorenzo Lambruschini con la ayuda de sus alumnos, le incorporó sopladores y quemadores para combustibles líquidos. En general los tubos son la parte principal de la caldera, y dos o tres accesorios llamados colectores, en donde se ubican las válvulas de seguridad, termómetros, tomas de vapor, entrada de agua, etc.

Ventajas: La Caldera de tubos de agua tiene la ventaja de poder trabajar a altas presiones dependiendo del diseño hasta 350 psi y de ser puestas en marcha rápidamente. Se fabrican en capacidades de 20 HP hasta 2,000 HP.





Por su fabricación de tubos de agua es una caldera "INEXPLOSIBLE". La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de humo, ya que se fabrican de 3, 4 y 6 pasos dependiendo de la capacidad. El tiempo de arranque para producción de vapor a su presión de trabajo no excede los 20 minutos. Los equipos son fabricados con materiales que cumplen con los requerimientos de normas. Son equipos tipo paquete, con todos sus sistemas para su operación automática. Son utilizados quemadores ecológicos para combustóleo, gas y diesel. Sistemas de modulación automática para control de admisión aire-combustible a presión. El vapor que produce una caldera de tubos de agua es un vapor seco, por lo que en los sistemas de transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento. El vapor húmedo producido por una caldera de tubos de humo contiene un porcentaje muy alto de agua, lo cual actúa en las paredes de los sistemas de transmisión como aislante, aumentando el consumo de vapor hasta en un 20%.  



    

Inconvenientes: Mayor tamaño y peso, mayor costo. Debe ser alimentada con agua de gran pureza.



Octubre

Por su configuración

2013

51

Curso




de Calderas

Vertical

52

 

Octubre

Horizontal

Por el mecanismo de transmisión de calor dominante

2013

Curso

   

de Calderas

Convección Radiación Radiación y Convección

Por el combustible empleado  Combustibles sólidos  Combustibles líquidos  Combustibles gaseosos  Combustibles especiales (Licor negro,  De recuperación de calor de gases  Mixtas  Nucleares




bagazo, etc.)

Por el tiro  De  De  De

tiro natural hogar presurizado hogar equilibrado 53



Por el modo de gobernar la operación  De operación manual  Semiautomáticos  Automáticos

Las calderas en su configuración interna presentan tuberías para el transporte de los fluidos, las cuales pueden ser de 1, 2 ó 3 pasos.

6. ELEMEN ELEMENTOS TOS DE DE FUNCION FUNCIONAMI AMIENT ENTO O DE UNA CALD CALDERA ERA

7. CONTRO CONTROLES LES PARA PARA MANEJ MANEJO O Y SEGU SEGURID RIDAD AD Controles para manejo y seguridad de agua (Calderas pirotubulares) a) Control de nivel por flotador.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Sistema que habilita el contactor de la bomba por intermedio de un interruptor para controlar el agua en la caldera.

54

b) Control de nivel (Auxiliar) Warrick. Se acciona cuando el control de flotador falla, protege la caldera por bajo nivel de agua apagando el quemador, posee un electrodo que al dejar de censar agua inhabilita el quemador. Es importante saber, en caso de detectar el nivel de agua por debajo de la mitad del volumen total, no suministrar agua fría a la caldera porque implotaría por choque térmico brusco.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Controles para manejo y seguridad de combustible El sistema de manejo de combustible esta compuesto por elementos funcionales indispensables para una optima operación de transporte del combustible a la zona de quema a condiciones especia especiales les de tempera temperatur turaa y presión presión.. Estos Estos elemen elementos tos deb deben en funcion funcionar ar correct correctamen amente, te, pue puess manejan líquidos o gases inflamables, que pueden causar un accidente. Componen un sistema de manejo de combustible: 

Octubre

Filtro: Protección de cuerpos extraños.

2013

55

Curso




de Calderas

Bomba: Mecanismo de transporte.

56

Octubre



Precalentador eléctrico y a gas: Elevar la temperatura del combustible.



Válvula desaireadora: Sacar el aire en el precalentador eléctrico.



Válvula termostática: Localizada a la entrada del calentador de vapor, si baja la temperatura del combustible se abre.



Válvula Reductora: Reduce la presión de vapor de la línea al precalentador según lo requerido por este.



Trampa: Desalojar los condensados a la salida del precalentador.



Manómetro y termómetro: Se instalan después del filtro y muestran presión de atomización y temperatura.

2013

Curso


de Calderas



Válvula Modulante: Regula la presión y la cantidad de combustible al quemador principal.



Válvulas Solenoides: Abren y cierran el flujo de combustible.

Controles para manejo y seguridad en la atomización aire-vapor El presuretrol N.O”, Es el dispositivo que controla la existencia de atomización, cerrando o abriendo las válvulas solenoides del sistema de combustión

57

Controles para manejo y seguridad aire combustión Control que garantiza la existencia de flujo de aire y habilita el control de combustión, para que siga la secuencia de encendido.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

58

Octubre

2013

Curso


de Calderas

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE CALDERAS MODULADAS Que es un sistema modulado ? Sistema que permite aumentar o disminuir la generación de vapor, variando la cantidad de combustible en al quemador. Un sistema modulado varia la energía producida por la combustión según la demanda de vapor que los elementos consumidores requieran. Esta modulación debe conservar las proporciones de aire y combustible para lograr una combustión eficiente con bajos niveles de contaminación por residuos. La secuencia de modulación consiste en:

Octubre



Censa presión de vapor.



Percibida por sensor (Presuretrol).



Envía señal eléctrica a Motor modulador (Modutrol).



El modulador (Modutrol) acciona el regulador de aire y la válvula reguladora de combustible mecánicamente.

2013

59

Curso


de Calderas

60

Controles para manejo y seguridad del regulador (damper) de tiro forzado El damper es manejado mecánicamente por el motor modutrol modulador, garantiza que la caldera no encienda en una posición distinta distinta a bajo fuego, de lo contrario provocaría provocaría explosiones en el encendido por exceso de aire y combustible (encendido brusco).

Octubre

2013

Curso


de Calderas

61

Controles para manejo y seguridad de llama El control de combustion, permite que se produzca y sostenga la llama. El sistema tiene una secuenci secuenciaa de encendi encendido do y ope operaci ración ón automá automátic ticaa para hab habili ilitar tar o deshabi deshabilit litar ar el sistem sistemaa de combustión, mediante el censo de variables como: existencia de llama, presión de atomización, demanda necesaria, etc.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Controles para manejo y seguridad de tanques de condesados 62

Para controlar el nivel de fluido en los tanques de condensado se usa válvulas flotador, es aconsej aconsejabl ablee utili utilizar zar con contro trolad ladores ores de nivel nivel Warric Warrick, k, electr electrodo odoss y válvul válvulas as solenoi solenoides, des, para para incrementar la seguridad.

Controles para manejo y seguridad en el tanque diario de combustible

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Se usan como recipiente de calentamiento de fuel oil No.6 para ser manejado fácilmente por la bomba y a presurar la elevación de la temperatura en el precalentador. Deben estar provistos de: - Control de nivel - Resistencia eléctrica - Control de temperatura - Venteo - Bomba de trasiego - Drenaje - Termómetro - Entrada y salida de combustible

Control para seguridad de gas en chimenea Es ubicado en algunas calderas un termómetro a la salida de los gases, en cual es enclavado direct directame amente nte con el que quemad mador or pera desact desactiva ivarlo rlo cuando cuando la tempera temperatur turaa supera supera el set point point indi indicad cado. o. Esta Esta elev elevada ada temp temper erat atura ura puede puede orig origin inars arsee po porr falt faltaa de agua, agua, ho holl llin inami amien ento to e incrustaciones al lado del agua, etc.

Control para manejo y seguridad de vapor de la caldera Limita la presión de trabajo, deshabilitando el control de combustión cuando censa la presión establecida. 63

Control para manejo y seguridad ignicion a gas o acpm 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 mucho caudal de gas y habría una posible explosión

Válvulas de seguridad Se accionan a determinada presión de trabajo, desalojando cierta cantidad de vapor. Debe ser manipulada solo por personal autorizado, y contener los sellos de seguridad luego de manipulada.

Purgas El agua y vapor presente en una caldera esta provisto de sedimentos y material particulado que deben ser evacuados para evitar mal formaciones en la estructura y evitar la falsa toma de señales de presión y temperatura de los diferentes elementos de control y seguridad. Existen purgas de: 

Octubre

Columna de agua. Se hace por lo menos cada turno. Si la cámara de Macdonnell se queda con lodos, el flotador se queda pegado dando una falsa señal de que la caldera tiene agua.

2013

Curso


de Calderas



Purga de fondo. Para desalojar los lodos de la caldera en la parte inferior. Si hay sedimentación se generan puntos calientes que agrietan y queman las laminas de la caldera.



Purga continua: Desaloja los lodos que circulan en el agua, las espumas y las grasas. Es continua al mantener la válvula con una proporción de apertura.

8. PROCED PROCEDIMIE IMIENTO NTO DE ARRANQ ARRANQUE UE Y PARO PARO 9. FALL FALLAS AS EN CALD CALDER ERAS AS Fallas en el arranque Características: El quemador y el ventilador no arrancan (Hay enclavamiento eléctrico en las calderas moduladas). Posibles causas: Bajo nivel 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, voltajes demasiado altos o bajos, control principal de combustión apagado o defectuoso, fusibles defectuosos en el gabinete de la caldera, térmicos del motor del ventilador o del motor del compresor compresor que saltan, saltan, contactos o arrancadores arrancadores eléctricos defectuosos, defectuosos, motores del compresor y/o ventilador defectuosos, mecanismos de modulación de fuego alto y bajo no se encuentran en la posición adecuado de bajo fuego y fallo en el fluido eléctrico.

Fallas en el encendido Características: Ventilador y Quemador arrancan pero no hay llama principal a) No hay ignición Posible causa: Falla de chispa, hay chispa pero no hay llama piloto, válvula solenoide a gas defectuosa, interruptor bajo fuego abierto. b) Hay llama piloto, pero no hay llama principal Posibles causas: Llama piloto inadecuada, falla en el sistema de detección de llama, falla en el suministro principal de combustible, programador ineficaz. c) Hay llama de bajo fuego, pero no de alto fuego. Posibles causas: Baja temperatura de combustible, presión inadecuadas de la bomba, motor modutrol deficiente, Articulación suelta o pegada d) Falla de llama principal durante el arranque

Octubre

2013

64

Curso


de Calderas

Posibles causas: Ajuste defectuoso de aire combustible, control de combustión o programador defectuoso. e) Falla de llama durante la operación Posibles causas: Combustible pobre e inadecuado, fotocelda deficiente, circuito limite abierto, interruptor automático no funciona correctamente, motores ocasionan sobrecargas, control de combust combustión ión o program programado adorr defectu defectuosos osos,, calibr calibraci ación ón de que quemad mador or incorre incorrecta cta,, disposi dispositi tivos vos de interconexió interconexiónn defectuosos defectuosos o ineficaces, ineficaces, condiciones condiciones de bajo nivel de agua, falla en el suministro suministro de energía eléctrica, proporción aire combustible f) No funciona el motor modutrol Características: No hay movimiento del modulador (modutrol) a las palancas que regulan el damper. Posibles causas: Interruptor alto y bajo fuego en posición inadecuada, sistema de palancas pegadas, motor no se mueve a lato fuego durante la prepurga porque están sucios o abiertos los contactos del control de combustión, modutrol no va a bajo fuego porque los contactos no se abren, el motor es ineficaz (conexión eléctrica suelta, transformador del motor esta defectuoso).

Fallas en los materiales a) Por corrosión Proceso de acción erosiva ejercida sobre la superficie interna de la caldera por la acción mecanica de materiales sólidos, abrasivos, transportados por el agua o los gases en circulación. La corrosión tambien se presenta por oxidación. b) Por Sobrecalentamiento Cuando los materiales de fabricación de la caldera son expuestos a altas temperaturas se presentan fallas de diferentes tipos dependiendo de las causas que la generan. c) Soldadura y construcción El conjunto de partes soldadas no debe ser poroso ni tener inclusiones no metálicas significativas, debe formar contornos superficiales superficiales que fluyan suavemente con la sección que se está uniendo uniendo y no tener esfuerzos residuales significativos por el proceso de soldadura. d) Implosión y explosión Las explosiones en calderas suelen ocurrir cuando la presión a la que esta operando la caldera supera la presión para la cual fue diseñada. Generalmente esto ocurre cuando algunos de los sistemas de alarma o control estan descalibrados, dañados o no funcionan.

Octubre

2013

65

Curso


de Calderas

Las implosiones en calderas ocurren generalmente cuando el flujo de agua de entrada para producir vapor no ingresa al equipo, ocasionando un sobrecalentamiento excesivo y el colapso del material.

El conjunto completo, calorífugado y con sus accesorios, se asienta sobre un soporte deslizante y bancada de sólida y firme construcción suministrándose como unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar las conexiones a instalación. La caldera, una vez realizadas las pruebas y comprobaciones reglamentarias y legales por una Entidad Colaboradora de la Administración, se entrega adjuntando un "Expediente de Control de Calidad" que contiene todos los certificados y resultados obtenidos.

10. PRUEBAS PRUEBAS Y MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO EN CALDERAS CALDERAS pruebas de funcionamiento, capacidad y rendimiento en calderas Cuando se opera con calderas y en especial cuando estas son adquirida por primera vez, es necesario realizar ciertas pruebas que garantizan la correcta operación de la caldera según las especificaciones dadas por el proveedor. Entre ellas se destacan: a) Inspec Inspecci cione oness de fabri fabrica caci ción ón y prueb pruebas as de comp compor orta tami mient entoo en fábri fábrica ca:: Co Cons nsis iste te en la verific verificaci ación ón de materi materiale aless especif especifica icados. dos. Inspecc Inspeccion iones es radiográ radiográfic ficas, as, ultraso ultrasonid nido, o, partícu partículas las magnéticas Balanceo estático y dinámico de rotores. b) Pruebas durante el montaje e instalación de los equipos. Consiste Con siste en la verificación de correcta instalación del equipo, apropiada ubicación, nivelación, alineamiento, soportes y utilización de métodos y procedimientos de montaje aceptables, calificación de soldadores y ejecución de inspecciones radiográficas, Limpieza de tuberías y equipos, Funcionamiento de controles y alarmas. c) Pruebas de funcionamiento previas a la recepción por el cliente. Adelantadas por el contratista antes de la puesta en operación de la instalación. El cliente debe exigir pruebas de: Capacidad individual de cada equipo o sistema, correcto funcionamiento de protecciones, controles y alarmas, correcto funcionamiento de uxiliares y accesorios de cada equipo. Es importante que el cliente compare estos resultados con los especificados en el contrato.

MANTENIMIENTO EN CALDERAS Desarrollar un programa de mantenimiento permite que la caldera funcione con un mínimo de paradas en producción, minimiza costos de operación y permite un seguro funcionamiento.

Octubre

2013

66

Curso


de Calderas

El mantenimento en calderas puede ser de tres tipos: - Correctivo Þ Corregir - Preventivo Þ Prevenir - Predictivo Þ Predecir El mantemiento en calderas debe ser una actividad rutinaria, muy bien controlada en el tiempo. Es por ellos que se recomiendan las siguientes actividades a corto, media y largo plazo.

RECOME RECOMENDA NDACIO CIONES NES PARA PARA EL MANTEN MANTENIMI IMIENT ENTO O DE CALDER CALDERA A DE VAPOR VAPOR Cleaver Brooks C.C. QUEMANDO COMBUSTOLEO. MANTENIMIENTO DIARIO. Por el operador de la caldera. 1. Limpia Limpiarr las boquil boquillas las del quem quemador ador de la la caldera. caldera. 2. Comprob Comprobar ar el nivel de lubricant lubricantes es para el compresor compresor en el tanque aire-ac aire-aceit eite. e. Debe de estar a 1/2 de nivel, esto es, dentro del tercio medio y si está más bajo, ponerlo a nivel. 3. purga purgarr la calde caldera ra por lo meno menoss cada cada ocho horas horas de traba trabajo jo,, tant tantoo de la pu purga rga de fondo fondo como de sus columnas de control de nivel. esto se hace subiendo el nivel de agua a 1/2 cristal y purgando hasta que arranque la bomba de alimentacion. recomendamos consultar a su experto en tratamiento de aguas al respecto y es muy importante se sigan sus instrucciones asi como tambien colocar las instrucciones que sobre purgas de fondo y control de nivel, envia la fabrica con el manual de operacion. lea y siga las instrucciones de la placa de advertencia que aparece a un costado de la caldera. 4. Co Comp mpro roba barr así así mism mismoo que que la pres presió iónn indi indica cada da po porr los los manó manóme metr tros os de entr entrad adaa al combustible , la presión en la válvula medidora y la presión de salida de combustible ,son las fijadas en su Manual de Operaci6n. 5. Comprobar Comprobar si la presión presión de aire aire de atomizaci6n atomizaci6n es la correcta. correcta. 6. Comprobar Comprobar y registra registrarr la temperat temperatura ura de los los gases de la chimenea chimenea . 7. Tomar análisis análisis de gases de de combustió combustiónn y registra registrarr en bitácora. bitácora. 8. Ciclo Ciclo de de funcio funcionam namien iento to del del quema quemador. dor. 9. Con Contro troll de la bomb bombaa de alim aliment entaci ación. ón. 10. Ubicación Ubicación de todos los protectores protectores de seguridad. 11. Control Control rígido rígido de las purgas. 12. Purga diaria diaria de columna columna de agua. 13. Procedimient Procedimientoo en caso de falla de suministro. suministro. 14. Tipo de frecuencia de lubricación lubricación de suministro de motores motores y rodamientos. 15. Limpieza de la boquilla del quemador y del electrodo de encendido (si es posible). 16. Verificación de la la temperatura de agua de alimentación. alimentación. 17. Verificación Verificación de limpieza limpieza de mallas mallas a la entrada del aire al ventilador, ventilador, filtro de aire en el compresor, filtros de combustible, área de la caldera y sus controles. 18. 18. Preca Precauc ucio iones nes al dejar dejar la cald calder eraa fuera fuera de servi servici cio, o, en las las no noch ches es o fine finess de semana semana.. Verificación de combustión. 19. Verificación de presión, producción de vapor y consumo de combustible .

Octubre

2013

67

Curso


de Calderas

MANTENIMIENTO CADA TERCER DIA , Por el operador de la caldera. 1. Comprobar Comprobar que la trampa trampa del calentador calentador de vapor opera opera correctam correctamente. ente. 2. Limpiar Limpiar los filtros filtros de combustib combustible le que están en la succión succión de la bomba. bomba.

MANTENIMIENTO CADA OCHO DIAS. Por el operador de la caldera. 1. Comprob Comprobar ar que no hay fugas de gases gases ni de aire en las juntas juntas de ambas ambas tapas tapas y mirill mirillaa trasera. 2. Comprob Comprobar ar la tensi tensión ón de la banda banda al al compre compresor. sor. 3. Limpiar Limpiar el filtro filtro de lubrican lubricante te , que está pegado pegado al compresor compresor . 4. Lavar Lavar los filtro filtros, s, tanto tanto el de entrada entrada a la bomba como como el de entrada entrada de agua al tanque tanque de condensados. 5. Limpia Limpiarr el elec electro trodo do del del pilot pilotoo de gas gas . 6. Comprob Comprobar ar que los interru interrupto ptores res termostá termostátic ticos os del calent calentador ador de combust combustibl iblee ope operen ren a la temperatura temperatura a que fueron calibrados calibrados al hacer la puesta en marcha. Consulte su Manual de Operaci6n. 7. Inspeccione Inspeccione los los prensa estopas estopas de la bomba de de alimentac alimentación ión de agua.

MANTENIMIENTO QUINCENAL. Por el operador de la caldera. 1. 2. 3. 4.

Hacer limpieza limpieza de todos todos los filtros filtros de agua, agua, aceite aceite combustible combustible y aceite aceite lubricante. lubricante. Probar Probar la la operac operaci6n i6n por por falla falla de flama flama.. Revisión Revisión a las las condicione condicioness del quemador, quemador, presión, temperatura, temperatura, etc. etc. Checar Checar los nivel niveles es de entrada entrada y paro de la bomba, bomba, hacien haciendo do uso de las válvul válvulas as de purga de fondo de la caldera. 5. Asegurese Asegurese que la fotocelda fotocelda est~ limpi limpia, a, así como como el tubo tubo en donde se encuentra encuentra colocada. colocada.

MANTNIMIENTO MENSUAL. Por el operador de la caldera. 1. Comprob Comprobar ar que los los niveles niveles del del agua son son los indic indicado ados: s: 58 mm (2 1/4") de nivel máximo. 45 mm (13/4") arranque de la bomba. 32 mm. ( 1 ¼") corte por bajo nivell

Octubre

2013

68

Curso


de Calderas

2. comp compro roba barr el bajo bajo nive nivel, l, baja bajand ndoo el inte interr rrup upto torr de la bo bomb mbaa de alim alimen enta taci cion on.. el agua al evaporarse ira disminuyendo disminuyendo el nivel y si al llegar a 32 mm (11/4") no se corta el por bajo nivel, hay que parar inmediatamente la caldera e inspeccionar el bulbo de mercurio de tres hilos (del lado de la caldera) asi como tambien asegurarse de un correcto funcionamiento del flotador y que la columana este excenta de lodos o acumulaciones. 3. Comprob Comprobar ar el voltaj voltajee y cargas cargas que toman toman los motor motores. es. 4. Limpieza Limpieza de polvo en controles controles eléctri eléctricos cos y revisión revisión de contactos. contactos. 5. Limpieza Limpieza de filtros filtros de las las líneas líneas de combust combustible, ible, aire y vapor. 6. Mantenimie Mantenimiento nto a todo todo el sistema sistema de agua: agua: filtros, filtros, tanques, tanques, válvul válvulas, as, bomba, bomba, etc.. 7. Engr Engras asar ar moto motore res. s. 8. Desmon Desmonte te y limpie limpieza za del siste sistema ma de combust combustión ión.. 9. Verificar Verificar estado estado de la cámara cámara de combustión combustión y refractarios. refractarios. 10. Verificar Verificar estado de trampas trampas de vapor. 11. Limpieza cuidadosa de columna de agua. 9) Verificar acoples y motores. 12. Verificar Verificar asientos asientos de válvulas y grifos. grifos. 13. Verificar Verificar bloqueos de protección protección en el programador. programador. 14. Dependiendo del combustible incluir incluir limpieza del sistema sistema de circulación de gases.

MANTENIMIENTO DE CALDERA TRIMESTRAL. Por el operador de la caldera. 69

1. Observa Observarr la temperat temperatura ura del termóme termómetro tro de salida salida de gases de la chimenea chimenea de la caldera, caldera, cuando tenga 80°C por arriba de la temperatura del vapor saturado es indicativo que la caldera está hollinada y hay que proceder a limpiarla 2. Es conveni convenient entee también también que se destapen destapen varias varias tortuga tortugass ó registr registros os de enmedio enmedio y de la parte de abajo, para ver el estado de limpieza interior por el lado del agua. Llame al técnico en tratamiento de agua. 3. Cada Cada vez que se desholli desholline ne es conv conveni enient entee para la mejor mejor conservaci conservación ón del refractar refractario, io, darle una lechada con mortero refractario, tanto a la tapa trasera como al refractario del hogar. Cambie los empaques. ! 4. Tirar Tirar ligerame ligeramente nte de las palancas palancas de las válvul válvulas as de segurid seguridad ad 'para que escapen escapen y evitar evitar que peguen en su asiento.

MANTENIMIENTO DE CALDERA SEMESTRAL. 1. Comprobar Comprobar el nivel nivel de aceite aceite del del reductor reductor de velocidad velocidad de la la bomba de de combustible. combustible. 2. Revisar Revisar los empaques empaques del prensa-es prensa-estopa topa de la la bomba de alimentaci alimentación ón de agua. En En caso de encontrárse secos, cámbiense por nuevos. 3. Efectue Efectue Limpieza Limpieza general general a los contact contactos os del programador programador de de flama y los arrancadores arrancadores con con un trozo de genero limpio, humedecido con tetracloruro de carbono. 4. No después después de tres meses meses de efectuada efectuada la la puesta en en marcha inicial inicial de de la caldera caldera y después, después, según las condiciones lo requieran, la caldera deberá ser enfriada y secadas las cubiertas quitadas y el interior debe ser lavado con agua a presión. Tubos y espejos deberán ser inspe inspecc ccio iona nados dos al mismo mismo tiem tiempo po para para bu busc scar ar incru incrust stac acio ione nes. s. La efect efectiv ivid idad ad del del tratamiento de agua y el porcentaje de agua de repuesto requerida, determinarán los

Octubre

2013

Curso


de Calderas

siguientes siguientes períodos de limpieza. limpieza. El servicio servicio de su experto experto en tratamiento tratamiento de agua, deberá incluir inspecciones al interior de la caldera, así como análisis del agua periódicas. 5. Inspeccione Inspeccione los los tubos fluxes fluxes por el el lado del del hollín hollín y límpiens límpiensee de ser necesario. necesario. 6. Inspeccione Inspeccione el material material refractari refractarioo del horno horno y la la puerta puerta trasera. trasera. ij 7. Limpie Limpie las grietas grietas y saque el materia materiall refractar refractario io que se haya desprendi desprendido. do. Recubra Recubra el mismo con un cemento refractario de - . fraguado al aire; el período de este recubrimiento varía con el tipo de carga y operación de la caldera y deber ser determinado por el operador al abrir las puertas para hacer limpieza de hollín. 8. Revise sus bandas bandas de transmisión, transmisión, de la tensión tensión apropiada apropiada 9. Es convenie conveniente nte lavar lavar la caldera caldera interi interiorm orment ente. e. Para hacer esto, esto, se quita quita la reducción reducción del manómetro que va en la tee a la salida de la bomba de alimentación de agua, se coloca ahí una reducción reducción al tamaño tamaño de la manguera que se va a utilizar. utilizar. Antes de hacer todo esto, se enfría la caldera, bajándola de presión y haciendo circular el agua, purgándola para que entre agua fría, así, hasta que este totalmente fría. La operación de enfriamiento deberá hacerse con lapsos de reposo de 20 a 25 minutos para que el enfriamiento no sea brusco y dañe los fluxes. Luego se vacía totalmente de agua y se quitan todas las tortugas. Ya habiendo puesto la manguera en la bomba, se cierra la válvula de entrada de agua a la caldera y al poner a funcionar la bomba, sale agua por la manguera a bastante presión. Con este chorro de agua se lava la caldera interiormente, se mete la manguera por todos los registros de mano hasta que quede bien limpia. Se tapa, limpiando perfectamente las tortugas y el asiento de la mismas en la caldera. 10. Comprobar Comprobar la limpieza limpieza de las columnas de control y de las entradas del agua de la bomba de alimentación y el inyector11. 11. Co Comp mpro roba barr y lava lavarr los los pressu pressure retr tro1 o1es, es, toda toda la línea línea de los los mism mismos os y la líne líneaa del manómetro. 12. Se refrescan las las cuerdas al tornillo tornillo de las tortugas y se les pone grafito con aceite aceite para que no se peguen. 13. Destapar Destapar todas las cruces y comprobar que esten limpias. limpias. limpiar cada seis meses cuando menos. 14. Lavado interior al lado del agua, removiendo incrustaciones y sedimentos. 15. Verificar Verificar si hay indicios indicios de corrosión, picadura picadura o incrustación incrustación al lado del agua. Análisis periódico del agua. 16. Utilizar Utilizar empaques empaques nuevos en tapas de inspección inspección de mano y hombre. 17. Cambiar Cambiar correas de motor si es necesario. Revisar Revisar su tensión. 18. Limpiar los tubos del lado de fuego, pues el hollín es un aislante térmico. 19. Verificar hermeticidad de las tapas de inspección al llenar la caldera. 20. Verificar Verificar el funcionamiento funcionamiento de las válvulas de seguridad.

MANTENIMIENTO DE CALDERA ANUAL 1. Limp Limpia iarr el cale calent ntad ador or eléc eléctr tric icoo y el cale calent ntado adorr de vapor vapor para combus combusti tibl ble, e, así como asentar la válvula de alivio y las reguladoras de presión.

Octubre

2013

70

Curso


de Calderas

2. Revisa Revisarr el estado en que se encuentr encuentran an todas las las válvulas válvulas de 1 la caldera caldera,, asentarla asentarlass si es necesario y si no se pueden asentar, cambiarlas por otras nuevas. 3. Reengrasar Reengrasar los los baleros baleros de la bomba bomba de agua de de combusti combustible. ble. 4. Relubri Relubricar car los baleros baleros sellados sellados de las transmis transmision iones es ó motore motoress que tengan tengan este tipo tipo de baleros. Repónganse los sellos cuidadosamente, reemplácense los baleros defectuosos ó los que se tenga duda. 5. Va Vací cíee y lave lave con algú algúnn solve solvent ntee aprop apropia iado do el tanq tanque ue aire-ac aire-acei eite te , así como como toda todass las las tube tuberí rías as de aire aire y acei aceite te que que de él salga salgan, n, procu procura rando ndo que al repone reponerl rlas as,, que quede denn debidamente apretadas 6. Cámbie Cámbiese se el lubri lubricant cantee por aceit aceitee nuevo nuevo SAE 10. 10. 7. Desarme Desarme e inspeccione inspeccione las las válvulas válvulas de seguridad seguridad,, así como como las tuberías tuberías de drenaje drenaje.. 8. Cambio Cambio de empaques empaques de de la bomba bomba de alimentació alimentaciónn si es necesario. necesario. 9. Mantenimie Mantenimiento nto de motores motores en un taller taller especializado especializado.. Desarme total total con limpieza limpieza y prueba de aislamientos y bobinas. 10. De acuerdo a un análisis análisis del agua y las condiciones condiciones superficiales superficiales internas internas de la caldera, se determina si es necesario realizar una limpieza química de la caldera.

CERTIFICACION DE OPERADORES DE LAS CALDERAS DE VAPOR. 71

NORMAS DE DISEÑO En los años 20, no existía ningún criterio a la hora de diseñar calderas y recipientes a presión. Ocurrian explosiones por causas desconocidas. Fue entonces cuando en esta misma decada la American American Society of the Metal and Electricity Electricity (ASME) comenzó a crear códigos para utilizar utilizar en el diseño y control de los recipientes que fuesen a trabajar a presión. La ASME VIII Div. 1, Es la parte encargada de diseño, tiene distintas partes que comprenden cálculo de espesores, cálculo de aberturas, conexiones, etc.

Octubre

2013

Curso


de Calderas

Esta norma para diseño de calderas y recipientes a presión es utilizada a nivel mundial, aunque exist existee otros otros norm normas as como como:: No Norm rmaa alem alemana ana (AD(AD-Me Merkb rkblä lätt tter er), ), Dise Diseño ño de cald calder eras as según según normativa española UNE 9-300. Es necesario verificar que la empresa oferente de este tipo de equipos este certificada en cuanto a calidad, lo que implica que dicho fabricante usa alguna de estas normas para la fabricación y montaje.

72

Octubre

2013

Curso


de Calderas

73

Octubre

2013

Curso


de Calderas

74

Octubre

2013

Curso


de Calderas

75

Octubre

2013

Curso Para Operadores de Calderas

Recommend Documents