CALDERAS 1. INTRODUCCIN

Una caldera puede definirse como un recipiente en donde se transmite la energa calorfica

de un combustible a un lquido. Una caldera es un cambiador de calor que transforma la energa qumica del combustible en

energa calorfica; e intercambia este calor con un fluido, generalmente agua, que se

transforma en vapor. En el caso de vapor saturado, la caldera proporciona la energa para el

cambio de fase.

Una caldera es el punto de partida en la produccin de energa en la mayora de las

empresas y tambin se usa para el confort de las personas (calefaccin).

Se aprovechan los mecanismos bsicos de transmisin de calor: la conduccin, es el calor

que pasa de una parte a la otra de la pared del hogar, o los tubos de humos; la conveccin,

los tubos de humos se calientan al contacto con los productos de combustin; y por la

radiacin se produce un intercambio de calor de la llama a las paredes del hogar.

2. CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS

Las calderas pueden clasificarse basndose en: uso, presin, materiales de que estn

construidas, contenido, forma y posicin de los tubos, clase de combustible, etc.

De acuerdo al tipo de diseo, encontramos dos grandes tipos de calderas:

- Calderas de tubos de humo (Pirotubulares)

- Calderas de tubos de agua (Acuotubulares)

2.1. Calderas pirotubulares o de tubos de humo

Estas calderas hacen pasar el calor a travs de los tubos en la caldera, que a su vez

transfieren calor al agua que les rodea. Tanto los hogares, como los tubos de humo estn en

el interior del cuerpo de caldera, completamente rodeados de agua. Para generar vapor, se

regula el nivel medio del agua en su interior, sirviendo su cmara superior de separador del

vapor generado, desde donde sale al consumo por la vlvula de salida.

Caractersticas generales:

- El diseo se basa principalmente en el hogar y en los pasos de los gases a travs de los

tubos.

- Usan como fluido termodinmico el agua.

- Pueden tener un hogar interno o estar dotadas de un fogn externo.

- Su operacin con la nueva tecnologa les permite operar automticamente.

- El espacio comprendido arriba del nivel agua es llamado cmara de vapor.

- La caldera puede ser de uno, dos y ocasionalmente hasta de cuatro retornos.

Ventajas:

- Almacenan gran cantidad de agua.

- Permiten efectos de fluctuaciones en la demanda de vapor.

- Su costo instalada es relativamente bajo y considerablemente menor que la

correspondiente caldera acuotubular de domo.

- Son perfectamente adaptables a la produccin estandarizada.

- Son eficientes de 79% a 85%.

- Fciles de transportar

- Necesitan relativamente poca rea para su instalacin.

Desventajas:

- Su arranque en fro es demasiado lento para alcanzar la presin de trabajo.

- Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitado y depende del tipo de caldera.

- Con el aumento de la demanda de vapor, la temperatura de los gases se eleva rpidamente.

- No se utilizan para el accionamiento de turbinas.

- El tamao de la caja del hogar no puede ser ampliado.

- Su operacin se torna crtica al operar con sobrecarga de ms del 40%.

- Su mantenimiento interior es dificultoso.

- No son empleables para altas presiones.

Hay varias combinaciones de Calderas Pirotubulares, dependiendo del nmero de pases que

har el calor del hogar de la caldera antes de descargarse.

En una disposicin de una caldera en dos pasos, hay dos mtodos para invertir el calor del

hogar para fluir a lo largo del segundo paso. En una caldera de cmara seca (fig. 2), el flujo

de calor se invierte en una cmara refractaria en la parte externa de la caldera. En una

caldera de cmara hmeda (fig. 2a), la inversin se hace en una cmara dentro de la

caldera, que permite una mayor rea de transferencia de calor, y por tanto es ms eficaz.

Los gases de combustin deben enfriarse antes de alcanzar la cmara de inversin, como

mnimo a 420C para calderas de acero normales y 470C para calderas de aleacin de

acero. Temperaturas superiores provocaran sobrecalentamiento y grietas en las planchas en

el extremo del hogar.

A continuacin se explican brevemente los Tipos de Calderas Pirotubulares:

2.1.1. Caldera Lancashire.- Estas calderas ya no se usan.

La caldera consista de un cuerpo de acero grande (5-10m de longitud), a travs del cual

pasan dos tubos de hogar. Una parte de cada tubo estaba corrugado para soportar la

expansin. El hogar est instalado en la entrada de cada tubo, y poda quemar gas, fuil-oil o

carbn. La caldera estaba fija en una estructura de ladrillo. Los gases de la combustin

pasan del hogar a travs de los tubos de hogar. Los gases todava calientes, parten de la

parte trasera y se desviaban por debajo de la caldera a travs de un conducto enladrillado.

En la parte delantera, los flujos se dividan en dos para pasar por los laterales de la caldera

por medio de dos conductos de ladrillos. Estos conductos se encontraban en la parte trasera

de la caldera y pasaban a la chimenea. Estos pasos procuran sacar la mxima cantidad de

energa de los gases calientes antes de que salgan a la atmsfera. En la chimenea, el flujo

pasa por el economizador.

Se obtena una evaporacin de 1500-6500 Kg de vapor/h, y trabajaba a 17bar. Tena un

gran volumen de agua y mucha energa retenida. No es crtico el control de nivel y la

calidad de agua.

Sus desventajas: Calentado y enfriado repetido, con expansin y contraccin resultantes

que modificaban la estructura de los ladrillos y tubos, lo que produca infiltracin de aire

que modificaba el tiro. Adems eran muy caros de fabricar por los materiales y la mano de

obra.

2.1.2. Caldera Econmica.- Es una mejora de la anterior. Tiene un cuerpo exterior

cilndrico con dos tubos hogar de gran dimetro en los que estn montados los hogares. Los

gases calientes del tubo hogar pasan a la parte trasera de la caldera hasta la cmara seca y se

desvan a travs de varios tubos de pequeo dimetro colocados encima de los tubos hogar;

y luego a la chimenea con un ventilador que induce el tiro.

La caldera econmica de doble circuito (Fig. 4) tiene slo la mitad de tamao que la

equivalente caldera Lancashire y tiene mayor eficacia trmica.

Los tamaos estaban comprendidos entre unos 3 m de longitud y 1,7 m de dimetro hasta

unos 7 m de longitud y 4 m de dimetro. La evaporacin era de 1000-15000 kg/h de vapor.

La configuracin que usamos hoy es la caldera econmica de cmara hmeda de tres pasos:

Sus datos de transferencia de calor tpicos son:

2.1.3 Caldera Compacta.-

La mejora de materiales y procesos industriales signific que ms tubos podan acomodarse

dentro de la caldera. La caldera bsica era larga y requera una sala de calderas grande.

Luego se disearon para ser ms cortas y se mejor la tasa de transferencia de calor. La

caldera compacta multi-tubo moderna es el ltimo paso de este proceso evolutivo.

La caldera compacta viene como un paquete completo. Una vez colocada en su sitio slo

necesita las tuberas de vapor, agua y de purga de fondo, suministro de combustible y

conexiones elctricas para que pueda trabajar. Estas calderas son clasificadas por el nmero

de circuitos (veces que los gases calientes de la combustin pasan a travs de la caldera).

La cmara de combustin se considera como el primer circuito. La ms comn es una de

tres circuitos (Fig. 6) con dos juegos pirotubulares y la descarga de gases por el extremo de

la parte trasera.

2.1.4. Caldera de Llama Reversible

Es una variante de la caldera convencional. La cmara de combustin tiene forma de dedal

y el quemador lanza la llama por el centro. La llama dobla atrs dentro de la cmara de la

combustin hacia el frente de la caldera. Los tubos de humos rodean al dedal y pasan los

gases de la combustin a la parte trasera de la caldera y la chimenea.

2.1.5. Limitacin de Presin y Produccin de las Calderas Pirotubulares:

2.1.5.1. Limitaciones de Presin.- Las tensiones que pueden imponerse en la caldera estn

limitadas por las Normativas. La tensin mxima estar alrededor de la circunferencia del

cilindro. Se le llama Tensin de Circunferencia.

Tensin de = Presin de trabajo de la caldera x Dimetro interior de la caldera

Circunferencia 2 x Grosor del material de la caldera

Podemos deducir que la tensin aumenta si aumenta el dimetro. Para compensar esto, el

fabricante usar una chapa ms gruesa. Sin embargo, esta chapa ms gruesa es ms dura de

curvar y puede necesitar eliminar las tensiones internas. Este es un problema en la

fabricacin porque las curvadoras no pueden curvar los extremos de la chapa y stos

quedan planos.

Cuando se sueldan las chapas y la caldera se presuriza, el cuerpo tendr una seccin

transversal redonda. Cuando la caldera se para, los chapas volvern a la forma de cuando se

curvaron. Esto puede causar grietas de fatiga que pueden presentarse a cierta distancia de

las soldaduras del cuerpo. Esto es un punto de preocupacin para los inspectores de

calderas, que peridicamente pedirn que se retire todo el aislamiento de la caldera y usarn

una plantilla para determinar la exactitud de la curvatura del cuerpo de la caldera.

Este problema es de mayor preocupacin para calderas que experimentan muchas paradas.

Debe tomarse en cuenta que la transferencia de calor a travs de los tubos del hogar es por

conduccin, y esa chapa gruesa no conduce el calor tan rpidamente como la chapa fina.

Esto es importante en particular en el Tubo hogar donde la temperatura de la llama puede

alcanzar los 1800C, y el calor tiene que ser transferido muy rpidamente para evitar que se

sobrecaliente y se hunda el tubo hogar con los consecuentes efectos. El lmite prctico para

el grosor del tubo hogar est entre 18 mm y 20 mm, significando un lmite prctico de

presin para las calderas pirotubulares de alrededor de 27 bares.

2.1.5.2. Limitaciones de Produccin.- Se fabrican calderas pirotubulares como unidades

compactas con todo el equipo auxiliar en su lugar. La caldera necesita que la transporten al

lugar y la caldera ms grande que se puede transportar por carretera es de alrededor de

27.000 kg/h.

Si se requieren ms de 27.000 kg/h, entonces se usan instalaciones de varias calderas. Que

tiene la ventaja de proporcionar mayor seguridad de suministro y mejora el rendimiento de

la planta.

Calderas con presiones y rendimientos superiores a 27 bares y 27 toneladas/h se fabrican de

una manera diferente. En este caso, el agua de la caldera se contiene y circula dentro de

tubos, lo opuesto a la caldera pirotubular.

2.2. Calderas acuotubulares o de tubos de agua

Debido a los grandes inconvenientes de las calderas pirotubulares se construyen este otro

tipo de calderas. Las calderas acuotubulares se caracterizan porque la llama de los

quemadores se forma dentro de un recinto formado por paredes tubulares en todo su

entorno, que configuran la cmara de combustin (hogar), pasando los humos generados

por el interior de los pasos siguientes, cuyos sucesivos recintos estn tambin formados por

paredes tubulares en su mayora. El agua circula dentro de los tubos que integran su cuerpo,

y en estos tubos se transforma parte del agua en vapor. Entonces, pueden usarse presiones

ms altas porque el dimetro del tubo es significativamente ms pequeo que el cuerpo en

la caldera pirotubular, y por consiguiente la tensin circunferencial tambin es

significativamente menor. Por eso suelen ser consideradas para altos rendimientos de

vapor, para presiones altas o para vapor recalentado.

Para la mayora de aplicaciones industriales y comerciales, una caldera pirotubular es a

menudo la ms apropiada. Slo es necesario usar una caldera acuotubular si se requiere un

rendimiento individual superior a 27.000 kg/h o presiones superiores a 27 bares o

temperaturas de vapor superiores a 340C. La razn es que para un rendimiento dado, las

calderas acuotubulares son de construccin ms costosa que las pirotubulares compactas.

Sin embargo hay calderas acuotubulares que compiten con calderas pirotubulares para

tamaos inferiores a 27 bares. Las calderas acuotubulares varan entre 2000 kg/h hasta

3500000 kg/h y superiores, que impulsan las centrales elctricas.

La circulacin del agua por su interior puede ser por densidad o forzada por medio de

bombas de circulacin. En las calderas de generacin de vapor se regula el nivel medio de

agua en el caldern superior, sirviendo la cmara superior de separador del vapor generado,

desde donde sale al consumo por la vlvula de salida.

Las unidades ms pequeas pueden fabricarse y entregarse al sitio en una pieza. Las

unidades ms grandes generalmente se fabrican en secciones y se transportan al sitio para

un ensamblaje final.

Caractersticas generales:

- Los tubos manejan agua y vapor

- Por lo general son de construccin vertical

- Requieren de agua de alimentacin con un tratamiento qumico exhaustivo.

- Estas calderas pueden ser de circulacin natural o forzada.

- Utilizan calentadores de aire que es el ltimo dispositivo en recuperar calor de la caldera.

- Utilizan precipitadores a la salida de los humos.

- Algunas son de tiro inducido, tiro forzado y de tiro equilibrado o balanceado.

Ventajas:

- Son de horno propio interior, ubicado lejos de la zona de evaporacin

- Admiten gran cantidad de aire en su hogar

- La combustin se puede controlar

- Son de alto rendimiento y produccin de alta presin, apta para generacin de energa

elctrica

- Menor tiempo para levantar presin

- Entre ms alta es la caldera ms se aprovecha la energa calrica de los gases de

combustin

- Mayor flexibilidad para variaciones de consumo, debido a la pequea cantidad de agua

que contienen

- Puede quemar combustible lquido, gaseoso, slido y biomsico

- Producen un vapor seco, por lo existe un mayor aprovechamiento del calor

Desventajas

- Es difcil realizar mantenimiento por lo incomodo el acceso a la zona de conveccin

- Mantenimiento ms costoso

- El coeficiente de evaporacin est estrechamente limitado por la circulacin interna

- Para su instalacin requieren de una extensa rea de terreno

Las calderas acuotubulares que trabajan con el principio de circulacin por densidad son:

El agua de alimentacin fra se introduce en el caldern de vapor y baja por el tubo de

bajada hasta el caldern de lodos, debido a que tiene una densidad superior a la del agua

caliente. Su densidad disminuye cuando pasa por el tubo de subida, donde se calienta

formando burbujas de vapor. El agua caliente y las burbujas de vapor pasan al caldern de

vapor una vez ms, donde el vapor se separa del agua.

Cuando la presin en la caldera acuotubular aumenta, se reduce la diferencia entre la

densidad del agua y el vapor saturado, por consiguiente hay menos circulacin. Para

mantener el mismo nivel de rendimiento de vapor segn aumenta la demanda de presin,

debe aumentarse la distancia entre el caldern ms bajo y el caldern de vapor.

2.2.1 Distribuciones Alternativas de Calderas Acuotubulares.- Las siguientes

disposiciones trabajan con los mismos principios que otras calderas acuotubulares y estn

disponibles con capacidades de 5000 kg/h a 180000 kg/h.

2.2.2. Caldera con Caldern Longitudinal.- Era el modelo original de la caldera

acuotubular que trabaja con el principio de temperatura y densidad de agua (Fig. 12).

El agua de alimentacin fra entra en un caldern colocado longitudinalmente sobre la

fuente de calor. El agua fra baja por una tubera de circulacin por la parte trasera a unos

tubos inclinados que son calentados. Segn aumenta la temperatura de agua y hierve, su

densidad disminuye haciendo que circule el agua caliente y el vapor por las tuberas

inclinadas de la tubera de circulacin delantera entrando de nuevo al caldern. En el

caldern, las burbujas de vapor se separan del agua produciendo el vapor para la planta. Las

capacidades tpicas para estas calderas son de 2250-36000 kg/h.

2.2.3. Caldera con Caldern Cruzado.- Es una variante de la caldera con caldern

longitudinal, en la que el caldern se pone cruzado a la fuente de calor (Fig. 13). El caldern

cruzado funciona con el mismo principio que la del caldern longitudinal slo que logra una

temperatura ms uniforme en el caldern. Sin embargo hay el riesgo de daos debido a la

circulacin defectuosa con demandas altas de vapor, ya que puede haber corrosin en los

tubos superiores si se secan.

La caldera con caldern cruzado tambin tiene la ventaja de poder utilizar un nmero mayor

de tubos inclinados debido a su posicin cruzada. Las capacidades tpicas para esta caldera

van de 700 kg/h a 240000 kg/h.

2.2.4. Caldera de Tubos Curvados o Stirling.- Una mayor evolucin de la caldera

acuotubular (Fig. 14). Trabaja con el principio de la temperatura y densidad de agua, pero

utiliza cuatro calderines. El agua de alimentacin fra entra en el caldern izquierdo

superior, y baja hacia el ms bajo, o caldern de agua, debido a una mayor densidad. El

agua se calienta dentro del caldern de agua y las tuberas que unen a los otros dos

calderines superiores y se producen las burbujas de vapor que suben a los calderines

superiores produciendo el vapor para la planta. La caldera de Stirling permite una superficie

grande para la transferencia de calor y estimula la circulacin natural del agua.

3. COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CALDERA

3.1. Domo Hervidor

Es un recipiente metlico diseado con las condiciones de presin a las que debe trabajar la

caldera. La funcin bsica del domo es la de separar el vapor de la mezcla vapor-agua y

mantener el vapor seco.

En las unidades que no tienen economizador, en el domo se dispone el agua previamente

tratada y desde ah se distribuye por todos los tubos del circuito. En las unidades con

economizador, el agua es precalentada en el economizador antes de ser llevado al domo.

Aquellas unidades denominadas de un solo paso carecen de domo.

3.2. Hogar

El hogar es la cmara donde se efecta la combustin. La misma confina el producto de la

combustin y puede resistir las altas temperaturas que se presentan y las presiones que se

utilizan. Constituye el transductor primario de la energa.

Las dimensiones y geometra del hogar se adaptan al tipo de combustible, al mtodo de

combustin y a la velocidad de liberacin del calor. La forma y dimensiones del hogar

deben permitir que el combustible queme completamente antes que los gases de

combustin toquen las superficies de la caldera que estn mucho ms fras, y evitar as que

se deposite holln sobre las mismas. Este holln, al depositarse forma una capa que aumenta

el espesor de la chapa transfiriendo entonces menos calor al agua de la caldera. Los gases

de la chimenea saldrn por lo tanto ms calientes originndose mayores prdidas. La

combustin se completa siempre dentro de los lmites del hogar si la caldera est bien

diseada y funciona perfectamente.

Para el diseo de un hogar se debe analizar condiciones de funcionamiento, como:

Clase de combustible a utilizar: Puede predecir en primera aproximacin el volumen

fsico requerido, as como tambin la geometra para el hogar, ya que para cada tipo de

combustible se libera normalmente una determinada cantidad de unidades de energa por

unidad de volumen, unidad de tiempo y temperatura prevista del hogar.

Mxima generacin de vapor y probables limites de carga de la caldera: Es necesario

determinar: La carga mnima, normal y mxima; la naturaleza de la carga, constante o

intermitente.

Presin de funcionamiento y temperatura total deseada: La presin y temperatura a la que

estar sometida la caldera en la instalacin influyen en la resistencia mecnica de los

materiales constitutivos de la caldera y su consiguiente desempeo y duracin. Las paredes

del hogar deben estar soportadas de forma que tome en cuenta la expansin trmica con

montantes de refuerzos para resistir las fuerzas laterales causadas por la diferencia entre la

presin del hogar y la de la atmsfera que lo rodea.

3.2.1. Distintos tipos de hogares: Segn la colocacin de los quemadores pueden ser:

Paralelos: Cuando los quemadores estn colocados al frente o al frente y atrs.

Turbulento: Cuando los quemadores estn ubicados en las esquinas e inyectan el

combustible en forma tangencial. Ideal para la quema de carbn pues ofrece mejor mezcla

aire/combustible. El hogar de la caldera debe cumplir con los siguientes requisitos: Tener

capacidad para admitir el volumen de aire necesario para la combustin. Tener dimensin

suficiente para evitar que la llama ataque las paredes de tubos. La tubera del hogar debe ser

de la mayor longitud posible para minimizar las soldaduras.

Segn el tipo de combustible utilizado:

Hogares para combustibles slidos: El combustible ms utilizado es el carbn.

En un hogar mecnico se pueden quemar casi todos los tipos de carbones y basuras,

madera, cscaras, etc. Los modernos sistemas de combustin en hogares mecnicos se

componen de:

- Un sistema de carga o alimentacin de combustible

- Una parrilla, estacionaria o mvil, que soporta la masa en combustin del combustible y

admite a su travs la mayor parte del aire comburente

- Un sistema de descarga de cenizas

Hogares para combustibles slidos lquidos y gaseosos: Son ms sencillos porque el

sistema de combustin se limita a los quemadores y por ende el hogar puede estar ms

fcilmente formado por los propios tubos de la caldera (pantallas de agua). El ms utilizado

industrialmente es el Hogar ciclnico.

En el caso de las calderas de combustible pulverizado la combustin no se realiza sobre

parrillas sino en quemadores de manera similar a los de combustible lquido y gaseoso.

Otros tipos de hogares:

Si nos referimos a las calderas pirotubulares, los hogares pueden ser internos o externos.

Refrigeracin de los Hogares.- Los hogares enfriados por agua (en las paredes), se utilizan

en la mayor parte de las unidades de caldera y para todos los tipos de combustibles y

mtodos de combustin. El enfriamiento reduce la transferencia de calor hacia los

elementos estructurales y como consecuencia puede limitarse su temperatura a la que

satisfar los requisitos de resistencia mecnica y resistencia a la corrosin. Las

construcciones de tubos enfriados por agua, facilitan el logro de grandes dimensiones del

hogar, y ptimas de techos, y montajes de los quemadores. Tambin reducen las prdidas

del calor al exterior.

Las superficies absorbentes de calor en el hogar, lo reciben de los productos de combustin

y en consecuencia contribuyen directamente a la generacin de vapor, bajando al mismo

tiempo la temperatura de los gases que salen del mismo. La cantidad de superficie es el

factor ms importante en la absorcin global de calor en el hogar.

El calor liberado y disponible para la absorcin es la suma del contenido calorfico del

combustible quemado, y el calor sensible del aire de combustin, menos la suma del calor

no disponible debido a la parte del combustible que no se consumi y el calor latente del

vapor formado por la humedad en el combustible y la combustin del hidrgeno.

La cubierta del hogar debe evitar la infiltracin del aire, cuando se opera con succin y

debe evitar la fuga de gas, cuando se opera a presiones ms altas que la atmosfrica.

3.3. Sobrecalentador y Recalentador

La adicin de calor al vapor despus de la evaporacin, viene por un aumento en la

temperatura y la entalpa del fluido. El calor se agrega al vapor en componentes de la

caldera llamados sobrecalentadores y recalentadores, los cuales se componen de elementos

tubulares expuestos a los productos gaseosos a alta temperatura de la combustin.

Las ventajas del sobrecalentamiento es que con presiones y temperaturas altas del vapor se

dispone de ms energa til, pero los avances hacia temperaturas altas del vapor a menudo

son restringidos por la resistencia mecnica y la oxidacin del acero.

El trmino sobrecalentado se aplica al vapor de ms alta presin y el de recalentado se refiere al vapor de presin ms baja que ha liberado parte de su energa durante la

expansin en la turbina de alta presin. Se clasifican en dos grandes grupos: Radiantes y de

Conveccin.

Sobrecalentadores Radiantes: La superficie se expone a los gases a alta temperatura del

hogar que se mueven a velocidades relativamente bajas, as que la transferencia de calor se

hace por radiacin.

Sobrecalentadores de Conveccin: Se instalan ms all de la salida del hogar, donde las

temperaturas del gas son ms bajas. Se obtienen velocidades altas de transferencia de calor

por conveccin a expensas de la cada de presin de gas a travs del banco de tubos.

3.4. Spray Atemperador

Conocidos como desobrecalentadores, son boquillas atomizadoras en los tubos de la caldera

entre los sobrecalentadores. Estas boquillas suministran una fina niebla de agua pura en el

camino del flujo del vapor para prevenir el dao del tubo por sobrecalentamiento. Son

provistos tanto para los sobrecalentadores como para los recalentadores.

3.5. Combustibles para Calderas

Los combustibles ms comunes que se usan en las calderas son: Carbn, Fuel-Oil, y Gas.

Tambin se usan residuos industriales o comerciales y electricidad para calderas de

electrodos.

Carbn.- Combustibles slidos con alto contenido de carbono, como: Carbn bituminoso,

Antracita. En promedio, para producir 8Kg de Vapor se deben quemar 1Kg de carbn.

Petrleo.- El Fuel-Oil es un producto destilado del petrleo. Hay diferentes grados, cada

uno adecuado para un tipo de caldera: Clase D (GasOil), E (Fuel-Oil ligero), F (Fuel-Oil

medio), G (Fuel-Oil pesado). Se puede producir: 15 Kg vapor por Kg de Fuel-Oil, o 14 Kg

de vapor por litro de Fuel-Oil.

Gas.- Es la forma de combustible que es fcil quemar con poco exceso de aire. Disponible

en dos formas: Gas Natural y Gas Licuado de Petrleo. Una Termia (1Mcal) de gas

producir 42 Kg de vapor a 10 bares de presin y una eficacia de caldera del 80%.

La eleccin del combustible se hace de acuerdo a la tarifa.

MANTENIMIENTO DE CALDERAS

La atencin y el adecuado mantenimiento de cada uno de los componentes de la

instalacin, tendrn como consecuencias una vida ms larga, un funcionamiento deseado y

unos gastos de explotacin ptimos.

.1. El personal

Es imprescindible que se designe un responsable de la instalacin. ste debe estar

adecuadamente formado, para entender el funcionamiento y la funcin de cada componente

y para darse cuenta de la Interrelacin entre los diversos componentes de la instalacin.

Debe atender las siguientes instrucciones:

- La instalacin de la caldera debe conservarse limpia, estar bien iluminada y libre de

cualquier objeto que no pertenezca a la misma.

- Cualquier anomala en el funcionamiento deber ser localizada y reparada de forma

inmediata.

- Independientemente de las pruebas peridicas, se debern realizar reconocimientos

peridicos de la instalacin de caldera y equipos auxiliares.

- Se establecer un stock de piezas de repuesto que se consideren imprescindibles para un

servicio continuo de la instalacin.

.2Pruebas

.2.1. Prueba hidrosttica. Prueba de presin [Normas UNE 9-105-92]. La primera prueba

de presin de un aparato a presin es la que permite verificar su estanquidad y su

resistencia a las deformaciones. La presin de Prueba Pp, viene dada por la expresin:

Pp = 1.5 Pd; donde Pd es la presin de trabajo en las peores condiciones de trabajo.

Preparacin de la prueba: 1. Limpiar en interior de la caldera y que est libre de obstculos.

2. Verificar que todas las zonas del cuerpo resistente a inspeccionar son accesibles y

carecen de cualquier otro recubrimiento. 3. El manmetro debe comprender como mnimo

en su escala hasta 2.5 Pp. 4. Debe haber un precalentamiento del agua.

Realizacin de la prueba:

Proceso de presurizacin.- Se procede al llenado de agua de las partes a presin hasta

alcanzar la presin de prueba y se cierra el dispositivo de alimentacin durante un tiempo

de 20 min. Se comprueba que el manmetro permanece inalterable, y se realizan las

mediciones y se inicia la inspeccin visual.

Mediciones e inspeccin durante la prueba.- A la presin de prueba se procede a la

inspeccin visual principalmente en las uniones vigilando que no haya fugas. Luego se

procede a un vaciado de la caldera hasta un rango de amplitud [0.8 Pp].

Mediciones despus de la prueba.- Deben realizarse en los mismos puntos en que se

efectuaron durante la prueba, con el fin de determinar si se han producido deformaciones

permanentes.

Informe.- Presin de prueba, Grfico Tiempo / presin , temperatura del liquido de

prueba, Manmetros utilizados, Resultado de las mediciones, de la inspeccin visual,

nombre y cargo de la persona que hizo la prueba, Lugar y Fecha de realizacin.

Pruebas hidrostticas de redes de tuberas.- Todas las redes que porten fluidos se debern

probar antes de ser tapadas material de relleno. Se realizar una prueba de estanqueidad

hidrosttica, Prueba de redes de conductos [UNE 100104].

.2.2. Pruebas de libre dilatacin. Consistir en subir la temperatura hasta alcanzar la de

tarado de los elementos. Posteriormente, durante el enfriamiento de la instalacin y al

finalizar el mismo, se comprobar visualmente que no han tenido lugar deformaciones

apreciables en ningn elemento y que el sistema de expansin ha funcionado

correctamente.

.3. Por periodo de tiempo: Hay que tener en cuenta una serie de comprobaciones:

.3.1. Cada da

1) Purga diaria de indicadores de nivel, dejar circular unos segundos el vapor.

2) Comprobacin de alarma, desconexin y bloqueo del quemador por bajo nivel de agua.

3) Comprobacin del control de llama en marcha continua.- Retirar la clula fotoelctrica

de su emplazamiento, tapar totalmente la parte sensible de la misma, y a los 5 segundos, el

quemador deber interrumpir la combustin, y se encender la lmpara de bloqueo.

4) Comprobacin del control de llama durante el encendido.

5) Control de las caractersticas del agua de alimentacin de la caldera

.3.2. Cada semana.- Se comprobar en la instalacin:

Las tuberas (deterioros y estado del aislamiento)

Los aparatos e intercambiadores de calor (suciedad, purgas, filtros...)

Las bombas (ruidos o vibraciones anormales)

Vlvulas de seguridad, aparatos de control y el correcto estado de los pilotos de

sealizacin.

.3.3. Cada mes.- S deber hacer una limpieza de la instalacin, comprobando si los

niveles de lquido son los correctos. Limpieza del holln de los tubos de la caldera y de la

caja de humos. As como repasar las juntas, tornillos de sujecin, etc., para conseguir una

perfecta estanqueidad en su posterior montaje. Tambin se comprobaran los manmetros,

termmetros, presostatos y termostatos.

.3.4. Cada seis meses.- Se mirar el estado de juntas y acoplamientos (corrosin).

Revisin y limpieza de los equipos de regulacin de combustin, nivel, etc., as como a su

posterior puesta a punto. Se realizar una revisin de las purgas, se comprobar si hay

fugas. Tambin se realizar un engrasado de vlvulas.

.3.5. Cada ao

Se inspeccionarn y se limpiarn los filtros.

Se cambiarn los cartuchos secadores.

Se comprobar: el estado de los refrigerantes, la suciedad y las incrustaciones en el lado del

agua, los ventiladores, el estado del aislamiento, el estado de la pintura en el condensador

evaporativo.

.4. Purga.- Los purgadores van en la parte ms baja de la caldera y algunas veces tambin

en el cuerpo cilndrico; se utilizan para sacar una cierta cantidad de agua con el fin de

extraer de la caldera los lodos, sedimentos y espumas. Las impurezas de las grandes

cantidades de agua vaporizada se van precipitando constantemente. En ocasiones se emplea

un purgado continuo, por medio de un tubo pequeo, para sacar las impurezas a medida que

se precipitan. Cuando se sigue este procedimiento, los purgadores grandes hay que abrirlos

de vez en cuando para sacar completamente los lodos acumulados.

.5. Limpieza y mantenimiento.- Toda caldera deber acondicionarse para que durante una

poca de inactividad quede preservada de la oxidacin. Cuando la caldera tenga que estar

fuera de servicio durante varios meses el Procedimiento Seco de conservacin es el ms conveniente. En aquellos casos en que la caldera vaya a permanecer inactiva nicamente

durante unas semanas y sujeta a entrar en servicio en cualquier momento, el

Procedimiento Hmedo es el que se aconseja, porque puede quedar dispuesta enseguida para su encendido con slo dejar correr parte del agua que necesita para elevar el nivel de

los indicadores.

La consecucin de los resultados apetecidos depende en gran parte de la eliminacin

absoluta de los sedimentos internos y materiales depositados, capaces de iniciar la

corrosin.

Procedimiento seco.- Se tendr especial cuidado en extraer el agua que haya quedado

depositada en bolsas, de que lo tuviese. Al limpiar la caldera por dentro se aconseja el

empleo de un chorro de aire a presin. Posteriormente, la caldera puede secarse por

completo con braseros de coque o por medio de una corriente de aire caliente. Una vez bien

secos los elementos internos, se colocarn bandejas de cal viva, en la proporcin de 1 Kg.

por cada 10 m2 de superficie, en los cabezales y tambor para que quede absorbida la

humedad contenida en el aire encerrado en la caldera. Despus de colocadas las tapas,

debern cerrarse todas las vlvulas y grifos. Una vez terminada la limpieza exterior, se

introducirn bandejas de cal viva en el hogar y conductos de gases. Las puertas practicadas

en la obra de fbrica y conductos debern cerrarse por completo. En intervalos de tres

meses se harn visitas de inspeccin, rellenando los recipientes de cal a medida que sea

necesario. O la caldera puede quedar parada, en situacin de fuera de servicio y conservada

en seco, bajo presin de nitrgeno, que se usa como barrera para el aire y la humedad.

Procedimiento hmedo.- Deber limpiarse la caldera tanto por dentro como por fuera,

llenndola despus con agua de alimentacin a travs del economizador hasta alcanzar el

nivel de trabajo. Luego los reactivos qumicos necesarios para dar al agua la alcalinidad

exigida debern introducirse. El agua deber tener una alcalinidad custica hasta de 850

partes por milln cuando se trate de calderas de baja presin (inferior a 20 bares). Deber

aadirse sulfito de sodio para conseguir una concentracin de 30 partes por milln, que

absorba el oxgeno que pueda contener el agua. Deber sostenerse a la caldera produciendo

vapor a poca presin durante varias horas, con el fin de estabilizar las condiciones del agua

y eliminar el oxgeno, apagndola con el nivel de agua alto.

Antes de que baje la presin, deber aadirse agua de alimentacin desgasificada hasta

llenar por completo el tambor y el recalentador y que salga el agua por todos los grifos de

aire. Se cerrarn stos, haciendo subir la presin en la caldera hasta llegar a 1 bar.

Terminadas todas estas operaciones, se colocarn bandejas con cal viva en el hogar y pasos

de gases antes de cerrar la caldera para protegerla contra la humedad. Se cerrar todas las

puertas y corta-tiros.

Con tiempo fro pudiera ser necesario recurrir al empleo de anticongelantes. El periodo de

inactividad puede prolongarse al disponer de medios para hacer circular el agua por la

caldera; esto significa el empleo de una bomba de circulacin pequea, que pueda tomar

agua de todas las vlvulas de desage y purga para descargarla de nuevo en el

economizador. De otra forma, el periodo de parada deber limitarse a un mes, al cabo del

cual se proceder a encender de nuevo la caldera hacindola funcionar a baja presin para

que circule el agua y puedan tomarse muestras por si fuera necesario rectificar las

operaciones qumicas.

CONTROL EN CALDERAS

El sistema de control de una caldera es la herramienta mediante la cual se consiguen los

equilibrios de masa y de energa de la misma ante las variaciones en la demanda de los

consumidores. Las medidas de las variables del proceso darn al sistema la informacin

necesaria para ello. Se muestra mediante un diagrama de bloques el esquema general del

control de una caldera.

Desde el punto de vista del equilibrio energtico se debe generar una demanda de carga (de

fuego), de la cual se generarn a su vez las demandas de combustible y aire, que

proporcionarn el aporte de energa necesario para mantener el equilibrio respecto a la

extrada en el vapor. El control de nivel ser el encargado de mantener el equilibrio entre la

masa saliente en forma de vapor y la entrante en forma de agua. La temperatura del vapor

ser mantenida mediante el control de temperatura de ste.