mantenimiento de calderos parte ii

SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

OPERACION Y MANTENIMIENTODE CALDERAS DE VAPOR

04.04.06.03

MANUAL DE APRENDIZAJE

PARTE II

CONTROLISTA DE MAQUINAS YPROCESOS INDUSTRIALES

04.04

INDICE

1. Presentación

4. Tarea 3

Operación de Calderas

5. Tarea 4

Mantenimiento del Quemador

6. Tarea 5

Mantenimiento de Calderas

8. Hoja de Trabajo

9. Medio Ambiente

10. Bibliografía

3

4 - 55

56 - 76

77 - 98

99 - 101

102 - 106

107

OPERACION Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS DE VAPOR

CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES

2

PRESENTACION

Elaborado en la Zonal

Año

Instructor

: Lambayeque Cajamarca Norte

: 2004

: Jorge Villanueva Zapata

El presente Manual de Aprendizaje corresponde al Modulo Formativo 04-

04-06-03 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS DE VAPOR

PARTE II.

El Modulo Formativo OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE

CALDERAS DE VAPOR PARTE II es de aplicación en la ocupación de

Controlista de Máquinas y Procesos Industriales.

El presente Manual está estructurado por las siguientes tareas

3. Operación de Calderas

4. Mantenimiento del Quemador

5. Mantenimiento de Calderas

3OPERACION Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS DE VAPOR


4

OPERACION DE

CALDERAS

TAREA 3TAREA 3TAREA 3TAREA 3TAREA 3TAREA 3



Controlar niveles de Petroleo

Operar Sistema de Arranque

Verificar y Controlar Valvula Limitadora de Presion

Verificar y Controlar Presion

Verificar Funcionamiento de la Caldera

01

02

03

04

05

01 Caldera PIROTUBULAR

01 Medidor de Presion

01 Medidor de Temperatura

01 Medidor de Nivel


OPERACIONESN°

PZA. CANT.

TIEMPO:

ESCALA:

HT

DENOMINACIÓN - NORMA / DIMENSIONES

HOJA:

OBSERVACIONES

2004

MATERIALES / INSTRUMENTOS

MATERIAL

Operacion de Calderas REF.

1/1

01 01

03

5

6

OPERACIÓN : CONTROLAR NIVELES DE PETROLEO PASO1 : Verificar que exista suficiente combustible para realizar las prácticas. El nivel promedio recomendado es de 50 galones de combustible.

OPERACIÓN : OPERAR SISTEMA DE ARRANQUE PASO 1: El agua de alimentación debe ser tratada químicamente. Para ello, deben abrirse las válvulas que alimentan al suavizador, y se debe cerrar la válvula de bypass del mismo



7

PASO 3: Una vez que el agua de alimentación ha empezado a circular por el suavizador, se arrancan los interruptores de la caja de control. Estos interruptores alimentan eléctricamente a la caldera.

PASO 4: Ya con corriente eléctrica circulante, se conecta el interruptor de operación automática. Este sistema de operación permite que el cerebro electrónico de la caldera realice todas las operaciones necesarias para la protección del equipo, PERO NO IMPLICA QUE LOS OPERADORES SE DESENTIENDAN DE LA CALDERA.



8

PASO 5: Previo al arranque definitivo del equipo, se debe abrir la válvula de purga de aire. La finalidad de esta válvula es eliminar la mayor cantidad de aire que pudiese estar dentro de la caldera, a fin de optimizar la cantidad de vapor generada. NOTA: CUANDO LA CALDERA YA ESTA OPERANDO, ESTA VALVULA DEBE CERRARSE AL MOMENTO EN QUE EMPIEZA A SALIR VAPOR POR ELLA.

PASO 6: Ahora debe revisarse el nivel de agua. ESTE NO DEBE SER SUPERIOR AL QUE SE INDICA EN LA FOTOGRAFIA. En caso contrario, la caldera está programada para no arrancar..



9

PASO 7: En caso de que el nivel de agua sea muy alto, debe abrise la válvula principal de purga (mostrada en esta fotografía).

PASO 8 : Una vez que la válvula principal de purga está abierta, se abren las válvulas auxiliares, las cuales dejan salir agua de cada uno de los dos compartimientos principales de la caldera. NOTA: estas dos válvulas deben abrirse totalmente durante unos cuantos segundos para que la purga sea óptima



10

PASO 9 : Otro paso muy importante de seguridad es revisar que los medidores de nivel de agua estén actividados y "reseteados" a su valor original. Para verificar esto, se presiona el botón que cada uno de ellos tiene en su parte posterior (mostrado en la fotografía).

PASO 10 : SOLAMENTE CUANDO TODOS LOS PASOS ANTERIORES SE HAN SEGUIDO CUIDADOSAMENTE SE ARRANCA LA CALDERA CON EL INTERRUPTOR MOSTRADO EN LA FIGURA.



11

PASO 11: A partir de este momento, la operación de la caldera será controlada automáticamente por el cerebro electrónico de la misma. NOTA: ESTO NO IMPLICA QUE LOS OPERADORES NO ATIENDAN LA OPERACION DEL EQUIPO.

PASO 12 : Finalmente, cuando la caldera ha alcanzado su presión de operación (125 psia), lo cual se detecta cuando cesa la combustión, se abre lentamente la válvula principal del equipo para alimentar las unidades que operarán.



12

OBSERVACIÓN :

Para apagar la caldera, se deben seguir los siguientes pasos: 1.- Apagar el interruptor principal (debe esperarse a que la caldera no esté en proceso de combustión). 2.- Abrir la llave de purga de las líneas de vapor, y esperar hasta que todo el vapor haya sido eliminado de las mismas. 3.- Cerrar la llave principal de vapor de la caldera. 4.- Poner el interruptor de operación en "Manual". 5.- Cerrar los interruptores del tablero eléctrico principal.

OPERACIÓN: VERIFICAR Y CONTROLAR VÁLVULA LIMITADORA DE PRESION

Las válvulas de seguridad obedecen a múltiples diseños, materiales, dimensiones en función de su aplicación. En calderas de vapor se suelen usar válvulas de seguridad accionadas por resorte y de apertura instantánea total. Para realizar el pedido será necesario conocer la presión de tara.



13

OPERACIÓN : VERIFICAR Y CONTROLAR PRESION Se emplearan manómetros instalados estratégicamente para medir la presion

Los automatismos y instrumentos de la caldera son la "vida" del generador. A la hora de la compra de una caldera nueva, es importante conocer las marcas y calidades de estos elementos

MATERIAL FUNCIÓN

PRESOSTATOS CONTROL Y SEGURIDAD

TERMOSTATOS CONTROL Y SEGURIDAD

NIVOSTATOS CONTROL NIVEL AGUA

MANÓMETRO MEDIDA DE PRESIÓN

VACUÓMETROS MEDIDA DE VACIO

OPERACIÓN : VERIFICAR FUNCIONAMIENTO DE UNA CALDERA PASO 1: ENCENDER LA CALDERA Y VERIFICAR FUNCIONAMIENTO



TRANSMISIÓN DE CALOR

Principios fundamentales

Siempre que existe una diferencia de temperatura en el universo, la energía se transfiere de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura. De acuerdo con los conceptos de la termodinámica, esta energía transmitida se denomina calor.Las leyes de la termodinámica tratan de la transferencia de energía, pero siempre se refieren a sistemas que están en equilibrio, y solo pueden utilizarse para predecir la cantidad de energía requerida para cambiar un sistema de un estado de equilibrio a otro, por lo que no sirven para predecir la rapidez con que puedan producirse estos cambios.La ciencia llamada transmisión o transferencia de calor complementa los principios primero y segundo de la termodinámica clásica, proporcionando los métodos de análisis que pueden utilizarse para predecir la velocidad de la transmisión del calor, además de los parámetros variables durante el proceso en función del tiempo.Para un análisis completo de la transferencia del calor es necesario considerar mecanismos fundamentales de transmisión: conducción, convección y radiación, además del mecanismo de acumulación. El análisis de los sistemas y modelos de intercambio de calor requieren familiaridad con cada uno de estos mecanismos y sus fundamentos, así como de sus interacciones. En este capítulo se consideran los principios básicos de la transmisión del calor y algunas aplicaciones simples, para tratar a continuación con detalle los casos particulares y sus modelos de análisis específicos, relacionados con situaciones reales de cerramientos de edificios.Tal como se expuso en la introducción general, no serán objeto de este estudio los casos de transmisión de calor relacionados con la transferencia de masa, tales como la permeabilidad al aire de los cerramientos y las condensaciones, ni los casos de existencia de fuentes o sumideros de calor en el interior de los cerramientos diferentes a la simple acumulación

Combustión

Una manera de producir calor es mediante una reacción química de combustión.En las reacciones de combustión obtenemos calor combinando un combustible (gasolina, butano, madera...) con el oxígeno del aire. El calor generado al transformarse el combustible vaporiza los componentes originados y hace saltar sus electrones a niveles más altos. Al desexcitarse emiten luz y calor. El tipo de luz que emiten depende de los componentes gaseosos excitados.En las combustiones de compuestos que contienen carbono siempre se producen CO2 y H2O con algo de CO.La forma de la llama nos indica si la combustión es rica o pobre.En los estudios sobre las zonas de la llama se especifican estas partes:

OPERACION Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS DE VAPOR 14


1.- Cono frío: no llega oxígeno2.- Cono de reducción: poco oxígeno3.- Cono de oxidación: abundancia de oxígeno4.- Zona de fusión: alcanza los1500 ºC

Obtención de una buena llama

Manipulamos la cortina de entrada de aire en el mechero camping-gas para lograr que la combustión sea máxima, que la llama tenga forma de dardo y que sea más azulada y luminosa. De esta forma el calor liberado en la combustión del gas es máximo.



¡Al fin logramos una buena llama!

En una combustión rica, con mucho aporte de oxígeno, el butano se combina con el oxígeno y se convierte en CO2 y H2O. Los dos son gases y escapan a la atmósfera. C4 H 10+ 13/2 O2 > 4 CO2 + 5 H2O

En química se estudia el calor de combustión a partir de los calores de formación de los componentes de la reacción.

¿Que pasa en una combustión pobre?

Una llama pobre, con poca entrada de aire al mechero, tiene forma vacilante, es de color rojizo (menor temperatura) y más oscura porque contiene muchas partículas de hollín, y produce humos que manchan. El hollín son partículas de carbono que no se quemaron y no pasaron a gas en forma de CO y Co2.



La llama de un mechero de alcohol es más pobre que la de un mechero de butano.La mecha es de algodón y prácticamente no se quema a pesar de arder en ella el alcohol.La combustión pobre de las estufas, calentadores de gas y braseros produce todos los años muchas muertes por intoxicación.



CALDERAS

DEFINICIÓN

Se entiende por caldera un recipiente cerrado destinado a producir vapor de agua a mayor presión que !a atmósfera, absorbiendo el calor que desarrolla en el hogar la combustión.En una caldera se distinguen las siguientes partes:

1.- El hogar con su parrilla, cámara de combustión, cenicero y altar.2.- La caldera propiamente dicha, compuesta de un cuerpo cilíndrico de chapa de

acero herméticamente cerrado y expuesto a la acción de la llamas y de los gases calientes.

3.- El conducto de humos, que conduce a los productos de la combustión desde el hogar a la base de la chimenea.

CALDEROS INDUSTRIALES

EVOLUCIÓN DEL DISEÑO Y CRITERIOS DE SELECCIÓN

Los combustibles son depósitos de energía química almacenados por la naturaleza que se aprovechan para aportar el calor requerido por algunos procesos industriales. Los calderos son equipos diseñados para liberar el poder calorífico de los combustibles a través de la combustión y transferirlo a un fluido portacalórico que actuará como medio de transporte de calor a los puntos de consumo. La importancia de los calderos en las plantas industriales radica en la calidad de los servicios que suministra, los cuales pueden limitarse a proporcionar vapor, o generar vapor para generación termoeléctrica.

Existen una gran variedad de calderos; el más simple podría ser concebido como el sencillo hervidor de agua casero, existiendo en el otro extremo gigantescos calderos para generación termoeléctrica operados por computadora.

El primer caldero de vapor utilizado representaba una verdadera olla de vapor con aporte de calor generado por la combustión de carbón y control de salida del vapor mediante una válvula de cierre. Las necesidades de disponer gradualmente de fluidos (agua caliente, vapor) con características cada vez más exigentes de presión y temperatura, determinaron que los calderos se vayan tornando cada vez mas complejos, hasta llegar a los modernos sistemas de generación de vapor a presiones críticas y supercríticas para generación eléctrica.



Se emplean para producir agua caliente, vapor saturado, vapor sobrecalentado o calentar aceite térmico.

Las calderas, exceptuando los eléctricos tienen seis partes básicas:

Quemador: Aporta el combustible y el aire de combustión (comburente), los mezcla y produce la combustión. Sus características dependen del combustible, debiendo disponer de los mecanismos de regulación que permitan formar una llama adecuada al hogar o cámara de combustión.

Cámara de Combustión: También llamado hogar, es el espacio donde se aloja la llama, es decir, se produce la combustión y se transfiere calor por radiación.

Sección de Convección:Zona donde se transfiere el calor de los gases de combustión al fluido a través de las superficies de calefacción (tubos).

Chimenea: Por donde se eliminan los gases de combustión después de transferir calor al fluido, permitiendo regular el tiro.

Ventiladores de Aire: Proporcionan el aire de combustión y lo impulsan a través del caldero. En equipos grandes, puede requerirse un ventilador exhaustor para tiro inducido.

Instrumentaciones y Controles -.Permiten efectuar la operación con la mayor seguridad y alcanzar mayores niveles de eficiencia.

SUPERFICIE DE CALEFACCIÓN

Reciben el nombre de superficie de calefacción de una caldera todas aquellas partes de la misma que se encuentran de un lado en contacto con el agua y por otro lado reciben calor. La superficie de calefacción se mide del lado que recibe

2calor y se expresa en m .

a.- Superficie de calefacción directa.- Es la que por un lado está en contacto con e! agua y por el otro recibe calor directamente de las llamas.

b.- Superficie de calefacción indirecta,- Es la que por un lado está en contacto con el agua y por el otro recibe e! calor que le entregan los gases dé la combustión.

c.- Superficie de calefacción total.- Es Igual a la suma de las dos anteriores.La superficie de calefacción de una calera deberá ser lo suficientemente grande para que los gases estén bastante tiempo en contacto con ella para ceder la mayor cantidad de calor posible.



PRODUCCIÓN HORARIA DE VAPOR

Es la cantidad, en Kg. de vapor que produce una calera por hora.Como la cantidad de vapor que puede producir una calera, quemando la misma cantidad horaria de combustible, depende de la presión del vapor y de la temperatura con que se introduce el agua en la misma, al expresar la producción horaria de vapor de una calera deberán mencionarse estos últimos datos; Así por ejemplo, se dirá que una caldera produce 2.000 kg de vapor saturado por hora a 20kg/cm2 de presión alimentada con agua a 30°C.

PRODUCCIÓN ESPECÍFICA DE VAPOR O VAPORIZACIÓN ESPECÍFICA

2Son los Kg. de vapor que produce !a caldera por hora y por m de superficie de 2

calefacción, Si la caldera anterior tiene una superficie de calefacción de 10Om , su producción específica de vapor será igual a

22.000/100= 20kg de vapor/hm



1. Manómetro principal, permite verificar la presión del vapor interna en el generador.2. Puertas frontales pivoteantes, lineales y de fácil acceso a la superficie de calefacción

tubular.3. Controles de presión o limitadores, permiten controlar los arranques y paradas por

limites de presión, así como el accionamiento del sistema de control de modulación aire combustible; permitiendo un eficiente un eficiente uso del combustible y una operación segura.

4. Controles de nivel de agua, controlan el arranque y parada de la bomba de alimentación de agua por bajo nivel, así como el accionamiento de la alarma cuando se encuentra el nivel por debajo del limite permisible.

5. Gases de escape con salida redonda, permite una sencilla transición al ducto de la chimenea.

6. Conjunto de válvula de ingreso de agua a la caldera conformado por válvula de Compuerta o Esférica y válvula Check Disco x 200 PSI.

7. Puertas posteriores pivoteadas livianas.8. Bomba de combustible tipo engranaje.9. Conjunto de precalentamiento para combustible residual incluyendo valvula

reductora de presión, control termostático de ingreso de vapor y sistema de trampee de eliminación de condensado.

10. Tablero auxiliar incluyendo alarma por bajo nivel.11. Válvula de purga rápida, permite la evacuación de los sólidos en forma violenta y

efectiva.12. Sistema de precalentamiento eléctrico.13. Tablero principal con control electrónico digital de llama.



LA CÁMARA DE AGUA

Es la parte de la caldera que durante su funcionamiento contiene agua. De acuerdo con su contenido de agua se puede clasificar a las calderas en:

A).- Calderas de gran volumen de agua,- Se adaptan especialmente para aquellos casos en que el consumo de vapor está expuesto a grandes variaciones. Están incluidas principalmente en este grupo las calderas de cuerpo cilíndrico y las de hogar interior.

B).- Calderas de reducido volumen de agua.- Convienen para aquellas instalaciones donde se requiere rapidez en la obtención de presión.La mayor parte de la superficie de calefacción de estas calderas está constituida por tubos de poco diámetro que pueden ser, tubos de humo o tubos de agua.

LA CÁMARA DE VAPOR

Es el espacio que ocupa el vapor en la caldera. Se aumenta expresamente este espacio por medio de un domo o cúpula llamado también colector de vapor.

LA SUPERFICIE DE VAPORIZACIÓN

Es el espacio que separa, en cualquier instante, el espacio ocupado por el agua del que ocupa el vapor. Podríamos decir que es la superficie libre del agua.

POTENCÍA DE UNA CALDERA

La forma más correcta de establecer la capacidad o potencia de una caldera es referirse a su producción de vapor horaria, fijando también la presión de dicho vapor, y su temperatura si es sobrecalentado, y la temperatura del agua de alimentación.

Antes se hablaba de la potencia de una caldera diciendo que tenía un cierto número de HP, por ejemplo 50HP.

Esta manera de expresar la capacidad de una caldera no es del todo rigorosa, puesto que dos máquinas de Igual potencia podrán consumir cantidades muy distintas de vapor, lo cual dependerá del esmero de su construcción, de su rendimiento, fugas, etc.

Extremando las cosas, podría suceder que una caldera fuese capaz de alimentar una máquina de una potencia dada, y no alcanzara a proveer el vapor necesario a otra máquina de igual potencia, pero de rendimiento muy inferior.



14. Válvula de purga de superficie permite el control de exceso de espuma en la superficie de interfase agua vapor.

15. Válvulas de seguridad con estampe, la cual permite la evacuación del flujo de vapor cuando este sobrepasa la presión de diseño.

16. Registro Manhole. Entrada de hombre de 11” x 5” de tipo ellíptica permite una fácil inspección en el lado agua del generador de vapor.

17. Válvula principal de salida de vapor de tipo angular No Retorno x 200 PSI.18. Quemador para combustible residual numero 6.19. Base de acero estructural , no requiere anclaje.20. Compresor de aire, para el aire secundario de atomización.21. Valvular de purga lenta de fondos.22. Aislamiento térmico con fibra de vidrio y acabado en acero inoxidable para prevenir la

corrosión.23. Amplia área de evaporación asegurando vapor seco de alta calidad.24. Tubos de fuego de la Norma ASTM A 192 sin costura.25. Tubo central de fuego resistente a altas temperaturas y presiones.26. Camara trasera cilíndrica totalmente sumergida en agua, aumenta la superficie de

transferencia y a la vez elimina los tabiques deflectores de refractarios.



DESIGNACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LOS CALDEROS

La cantidad de vapor requerida para producir en determinadas máquinas un horse power de potencia, dio lugar a la expresión de la capacidad de los calderos en hp.Un hp es equivalente, en tales términos, a 34,5 libras de vapor por hora, producido desde agua a 100°C hasta vapor a la misma temperatura o aproximadamente 33.475 BTU/hr, considerando que el calor de vaporización es de 970,3 BTU/lb.

Los calderos antiguos podían evaporar esta cantidad de agua con aproximadamente 2

10 pies de área de transferencia de calor, por lo cual las potencias de los calderos 2fueron expresadas en boiler horse power (bhp), siendo tales los pies de área de

transferencia de calor divididos entre 10.

Actualmente estos términos no resultan teóricamente correctos, ya que no existe una relación directa entre la cantidad de vapor producida y la requerida para generar un hourse power y tampoco con el área de transferencia empleada; sin embargo, particularmente en el caso de los calderos pirotubulares, la expresión de la capacidad de los calderos en hp o B hp, utilizada por los propios fabricantes y usuarios en la práctica industrial, debe tomarse en cuenta, considerando que un hp o bhp resurta equivalente a una producción de 34,5 Ib/hr de vapor a 100°C, a partir de agua a la misma temperatura.

Puesto que los generadores de vapor operan a condiciones distintas, el flujo de vapor debe ser corregido considerando la temperatura del agua de alimentación y la presión de vapor saturado. Tal corrección puede ser realizada utilizando la siguiente fórmula:

Donde :W Flujo de vapor (Ib/hr)Bhp Boiler horse power = 33.475 BTU/hrh Entalpía de vapor saturado a presión absoluta, BTU/lbg

h Entalpía del agua de alimentación a las condiciones de f

operación, BTU/lb.C.F. 970.3/(h -hf)g

La capacidad de las grandes unidades de centrales termoeléctricas se suele expresar en megawatts (MW), en referencia a la máxima capacidad de energía eléctrica que resurta posible generar con la producción de vapor que ingresa a las turbinas.

FCbhphh

bhpW

fg

.5,343,9705,34



Un sistema que se orienta a uniformizar las diferentes formas de expresar la capacidad de calderos, recomienda referirse a la capacidad máxima de transferencia de calor en el sistema, expresada en las unidades adoptadas por el Sistema Internacional (SI), es decir, Joules/hr.

La práctica moderna es describir a los calderos industriales en términos desu máxima producción de vapor Ib/hr, Kg./hr o TM/hr para condiciones determinadas de presión y temperatura. Siendo práctica usual expresar la capacidad de calderos pirotubulares en Bhp. La equivalencia de 34,5 Ib/Bhp resulta útil y válida.

CLASIFICACIÓN DE LOS CALDEROS

Los calderos se clasifican según diferentes criterios relacionados con la disposición de los fluidos y su circulación, el mecanismo de transmisión de calor dominante, el tipo de combustible empleado, la presión de trabajo, el tiro, el modo de operación y parámetros exteriores al caldero ligados a la implementación, ubicación, lugar de montaje y aspectos estructurales.

a) Por la disposición de los fluidos:

De tubos de agua (acuotubulares). De tubos de humo (pirotubulares).

b) Por la circulación de agua:

De circulación natural. De circulación asistida. De circulación forzada.

C) Por el mecanismo de transmisión de calor:

De convección. De radiación. De radiación y convección.

D) Por el combustible empleado:

De carbón mineral (parrilla mecánica o carbón pulverizado). De combustibles líquidos. De combustibles gaseosos. De combustibles especiales (leña, bagazo, etc).ido.



De recuperación de calor de gases (con o sin combustión de apoyo). Mixtos. Nucleares

E) Por la presión de trabajo:

Subcríticos.2

De baja presión p < 20 Kg/cm .2 De media presión 20 > p > 64 Kg/cm .

2 De alta presión p > 64 Kg/cm .Supercríticos.

F) Por el tiro:

De tiro natural. De tiro forzado. De tiro induc.

CALDERAS CILINDRICAS DE GRAN VOLUMEN DE AGUA

A) De hogar exterior.- Estas calderas están constituidas por un cilindro formado de chapas de acero y cerrado, en sus fondos, por bases ligeramente convexas y remachadas. Aunque hoy en día no se instalan calderas de este tipo, se las describe a título informativo y corno breve reseña histórica. Las calderas cilíndricas, tienen pequeña superficie de calefacción con respecto al volumen de agua que contienen, y la circulación no es satisfactoria. Veamos en una caldera como la de la , de qué manera se establece la circulación del fig. 2agua. Al trasmitirse el calor a través de la chapa, , se forman burbujas de fig. 2 vapor sobre la superficie de calefacción.

Figura 2

CALOR

VAPOR

AGUA

BURBUJASDE VAPOR

FORMACIÓN DEL VAPOR EN UN CUERPO CILÍNDRICO



Estas burbujas y el agua caliente, por ser de menor peso específico que el resto del agua ascenderán, descendiendo el agua más fría, originándose las conocidas corrientes convectivas. Al llegar las burbujas a la superficie libre del agua, o sea a la superficie de vaporización, estallan, pasando el vapor a ocupar la cámara de vapor.Las calderas de este tipo pueden construirse de varios cuerpos cilíndricos, en cuyo caso reciben el nombre de calderas de hervidores, las que estuvieron, años atrás, muy difundidos en Europa.En este caso el cuerpo cilíndrico superior comunica con otros cuerpos cilíndricos ubicados más abajo. Dichos hervidores tienen su eje longitudinal ligeramente inclinado hacia atrás para facilitar e! movimiento del agua. Los gases de la combustión siguen un camino sinuoso indicado por la flecha, con lo que se aprovecha mejor el calor de la combustión.

b) De hogar inferior.- Para mejorar el rendimiento de la caldera y aprovechar mejor el calor, se instala el hogar en el interior del cuerpo cilíndrico de la caldera, así, todo el calor que atraviesa las paredes del hogar indefectiblemente pasa al agua, fig. 4 .

Figura 4

FORMACIÓN DEL VAPOR EN UN CUERPO CILÍNDRICO, CON CALENTAMIENTO INTERIOR MEDIENTE UN TUBO HOGAR



La formación de! vapor se distribuye así más uniformemente dentro de !a masa de agua se ve a la caldera Comovaglia pertenece a este tipo y se empleaba en instalaciones de pequeña potencia. Consta de un cuerpo cilíndrico con uno o dos tubos de fuego cuyos ejes son paralelos al cilindro mayor, y dentro de los cuales se instalan sendos emparrillados.

Los gases de la combustión, que se desprenden de la parrilla, circulan hacia atrás por el conducto de fuego y pasan luego a los canales situados debajo de la caldera, llegan hasta el frente y penetran en los dos conductos laterales barriendo parte de la caldera, antes de llegar a la chimenea.

TUBOS DE FUEGO

Cuando el hogar está constituido por un tubo liso, se producen muy comúnmente aplastamiento que pueden ser la causa de graves accidentes, hoy en día se utilizan casi exclusivamente tubos de fuego de paredes corrugadas, del tipo Fox, Morison, Purse o Deighíon, con lo que se consigue además, mayor superficie de fig. 7 ,calefacción, hasta un 14% más que con tubos lisos.

Figura 7

CALDERAS CON TUBOS DE HUMO

El estas calderas, el caudal de gases de la combustión se reparte en un gran número de tubos de pequeño diámetro que atraviesan el agua. Su superficie de calefacción es elevada con respecto al volumen de agua que contiene la caldera. En , se ve cómo en este caso la formación de vapor, en e! seno de la masa de la fig.8agua, es aún más uniforme que en el caso anterior.

HOGAR FOX

HOGAR PURVES

HOGAR MORISON

HOGAR DEIGHTON

DISTINTAS FORMAS DE TUBOS HOGARES



A) De hogar exterior.- En este tipo de caldera una parte de su cuerpo cilíndrico esta calentado directamente por las llamas, luego los gases pasan por un primer grupo de tubos de diámetro grande, llegan a la caja de humo, cambian de dirección y se dirigen a la chimenea pasando a través de un segundo grupos de tubos de diámetro menor que los anteriores. Dichas calderas se fabrican también de tres pasos.

b) De hogar interior.- representada por la caldera marina tipo Scotch que se utilizó desde el año 1914 en casi todas las naves de carga, pero que desde hace unos 30 años es reemplazada por las de tubos de agua en razón de su menor peso.

Consta esencialmente de un cuerpo cilíndrico cerrado por medio de dos placas que se unen entre sí con barras de refuerzo para evitar las deformaciones que originan los grandes esfuerzos.

Por ejemplo, en una caldera de este tipo cuyo diámetro fuese de 4m, y su 2presión de funcionamiento 15 Kg/cm , el esfuerzo ejercido por el vapor sobre

los fondos sería de aproximadamente 1.800.000 Kg., valor bastante apreciable.

Los hogares interiores, en número de dos o más, del tipo de tubos de fuego son de chapa corrugada, sistema Fox o Moruson.

Estos tubos se encuentran fijados, por un lado, a la chapa frontal de la caldera y por la otra extremidad a la cámara de humo donde desembocan los gases de la combustión.

Los gases que llegan a la cámara de humos deben atravesar el haz tubular antes de llegar a la base de la chimenea situada en el frente de la caldera. Como en los tubos de humo los gases se mueven en sentido

TUBOSDEFUEGO

FOREMACION DEL VAPOR CON CALENTAMIENTO INTERIOR MEDIANTE UN TUBO DE HUMO

Figura 8



contrario a los del hogar, estas unidades se conocen con el nombre de calderas de retorno de llama o más correctamente de retorno de humo. En estas calderas el nivel normal de agua debe fijarse de modo que a pesar de los movimientos de la nave no quede al descubierto la parte superior de la cámara de humo, que es el punto más elevado de la superficie de calefacción.

CALDERAS VERTICALES

Entre las calderas de tubos de humo las verticales son las primeras que se crearon, encontrando aplicaciones donde el espacio disponible en planta es reducido, como ocurre por ejemplo en los guínches de vapor.Requieren muy poca obra de ladrillos y en general ninguna.

Los productos de la combustión pasan a través del haz de tubos directamente a la chimenea. Se caracteriza por tener el hogar de mayor diámetro que su cuerpo cilíndrico, con lo que se obtiene un mayor volumen de hogar y superficie de emparrillado.

En las calderas el nivel del agua se encuentra más bajo que la placa tubular superior, de tai manera que el vapor sufre un pequeño sobrecalentamiento, es decir, se obtiene vapor más seco que en el caso de las otras calderas verticales en las cuales esa placa tubular está más abajo que el citado nivel.

Otras ventajas de estas calderas son su costo relativamente bajo, su puesta en marca rápida y la facilidad de su trasporte.

Adolecen de la desventaja de que al tener poco volumen de agua, con relación a su producción de vapor, deben operarse con mucho cuidado para evitar explosiones.

CALDERAS DE TUBOS DE AGUA O ACUOTUBULARES

En estas calderas la masa de agua se reparte en un gran número de tubos de pequeño diámetro, sometidos exteriormente a la acción de los gases de la combustión y por el Interior de los cuales circula el agua; estas unidades pueden considerarse como calderas provistas con hervidores de diámetro reducido.

En ellas la rotura de los tubos es más difícil, pero si lleva a producirse, sus consecuencias no son de temer como la explosión de una caldera cilíndrica o del tipo de locomotora, por tal motivo se las suele llamar, calderas inexplosivas.



Debido al pequeño contenido relativo de agua, a su gran superficie de calefacción y a la circulación eficiente del agua, estas calderas pueden llevarse rápidamente a las condiciones normales de marcha, se recomiendan emplear no menos de una hora para lograr este propósito. Pues con ello se prolonga la vida del material refractarlo del hogar y la vida de la caldera misma.

Veamos el principio de la circulación del agua en este tipo de caldera. En la se fig. 20 ha representado a una caldera sencilla con un solo tubo de agua. Solo una rama de este tubo es calentada mientras que a la otra no llega el calor por existir una !

pantalla aisladora.

FIGURA 20

Al recibir calor, el agua de la rama izquierda se calienta disminuyendo su peso Específico y trasformándose parte en vapor de peso específico aún menor, es decir, que toda esa mezcla de agua caliente y vapor va a moverse hacia arriba para penetrar en el colector de vapor o domo, siendo reemplazado el volumen por ella desplazado, por el agua más fría que desciende por la rama derecha del tubo, se establecen así las corrientes convectivas que producen la circulación del aguas en las calderas acuotubulares.

En estas calderas el hogar es exterior y de gran volumen, lo que permite realizar una combustión de alto rendimiento.Pueden clasificarse en los siguientes tipos:

- De tubos rectos.- De tubos curvados, pudiendo ser de 1, 2,3 o más colectores.

VaporMezcla deagua y vapor

Tubo c

ale

nta

do

Agua

Tubo n

o c

ale

nta

do

Pantalla

Principio de funcionamiento de una caldera acuotubular vertical

H

A B



a) Calderas de tubos rectos.- En estas calderas los tubos pueden instalarse vertical u horizontalmente. No siempre los tubos siguen con exactitud la dirección de la vertical o de la horizontal, sin embargo, se designa con el nombre de caldera de tubos verticales a aquella cuyos tubos están colocados según la vertical o con poca inclinación con respecto a esta última y caldera de tubos horizontales cuando los tubos son horizontales o se apartan poco de esa posición.

a,1) Caldera de tubos horizontales y de Domo Longitudinal, Caldera Babcock y Wilcox.- Esta caldera, estuvo muy difundida en nuestro país. Se compone de un colector cilíndrico de vapor y de una haz tubular ligeramente inclinado hacia atrás. El frente y la parte posterior de dicho haz está constituido por una serie de cajas o cabezales de forma sinusoidal, puestos unos a lado de otros, de manera que se adaptan formando una superficie continua. Con la forma ondulada de estos cabezales los tubos no se encuentran en un mismo plano vertical, sino en zig - zag, lo que retarda el paso de los gases, por sus choques con los tubos , produciéndose un mayor enfriamiento de los mismos. En esos cabezales y frente a cada tubo hay una abertura de limpieza que se obtura con un cierre apropiado.

El conjunto de las cajas frontales como así las posteriores comunican mediante tubos con el colector de vapor. Las cajas posteriores comunican por su parte inferior con un colector de lodo.Dada la inclinación de los tubos, el agua caliente y el vapor que se genera en ellos circulan hacia adelante. La aumentación se hace por medio de un tubo que penetra por el frente de la caldera, con lo cual se somete el agua a un movimiento de arrastre, hacia el fondo del colector de vapor obligándola a penetraren los tubos que comunican con las cajas posteriores.Esta corriente arrastra hacia atrás a los depósitos de barro e impurezas depositándolos en el colector de barro.

El tubo de alimentación se hace más bien largo para que el agua comience a calentarse antes de mezclarse con la que existe en la caldera, y evitar así, que el agua pueda tocar las chapas y provocar contracciones Bruscas de las mismas.

El nivel del agua se mantiene a unos 15cm por encima del fondo del domo de vapor.

Las calderas de tubos rectos y horizontales también se fabrican con el domo transversal.Por la simplicidad de su estructura, la facilidad con que pueden Inspeccionarse y limpiarse los tubos, la libertad que tienen sus distintas partes para dilatarse y



la facilidad con que pueden cambiarse los distintos elementos de estas calderas sin que sea necesario retirar toda la unidad, son muy recomendables las instalaciones marinas donde ya existen, por otra parte, gran cantidad de ellas en funcionamiento.

a,2 ) Caldera Jarrow.- Consta esta caldera, de un domo superior de vapor unido a otro dos colectores inferiores de agua mediante haces de tubos.El conjunto adopta la forma triangular y el emparrillado se ubica entre los dos haces tubulares de manera que las llamas actúan directamente sobre los tubos. Esta es una caldera que ha tenido gran aplicación en la marina.Los tubos desembocan normalmente en el domo y los dos colectores, adoptando la caldera la forma indicada (triangular)Para obtener una circulación más activa se provee en la caldera de tubos de circulación instalados del lado exterior del revestimiento de la unidad.

a,3) Caldera de Tubos Verticales. Caldera Wickers.- En dicha caldera el haz de tubos se encuentra unido en la parte superior a un colector que recibe el nombre de colector de agua o barro. El hogar no se encuentra debajo de la Caldera, sino a un costado formando ante cámara para que la combustión sea más completa. Se observa, además, que el haz tubular está dividido mediante un diafragma o tabique con el propósito de que los gases recorran más camino antes de llegar a al chimenea para aprovechar mejor su calor.

b) Calderas de tubos curvados.- En estas calderas, la circulación del fluido es un poco más compleja. La mayor parte del vapor se produce en el grupo de tubos inclinados, descendiendo el agua por los tubos verticales de la parte posterior menos calentada, en el domo de vapor, es decir el que esta más arriba, penetra vapor tanto por encima del nivel de agua como por debajo del mismo.

CALDERAS DE CIRCULACIÓN FORZADA

En las calderas de circulación natural, esta última está asegurada por la diferencia de pesos específicos que existe entre la columna ascendente constituida por la mezcla de agua y vapor, y la columna descendente de agua a menor temperatura.

Es evidente que la circulación natural no es adecuada para las elevadas presiones ni para las grandes producciones de vapor que se requieren en las instalaciones modernas, es necesario entonces, emplear las calderas de circulación forzada cuyo principio de operación fue inventado en 1856 por Martín Béenson , Cincinati, Ohio, Estados Unidos de Norte América , la cual ofrece la ventaja de enfriar perfectamente los tubos y realizar una gran absorción de calor por unidad de superficie de calefacción.



Además, en las calderas de circulación forzada puede incluirse perfectamente en el proceso de la vaporización regulando la presión de la bomba.Entre las calderas de circulación forzada pueden distinguirse:

a) Las Calderas de circulación forzada apropiadamente dicha, en las cuales el vapor del agua pasan continuamente por la superficie de calefacción como sucede en las calderas Loffler, La - Moni y Velox, En este tipo existe bomba de alimentación y bomba de circulación.

Figura 30b) Las calderas de paso forzado, por las cuales circula exactamente la cantidad de

agua debe convertirse en vapor, ejemplo de ellas son las calderas Béenson, Monotubo, Ramsin, etc. Este tipo posee únicamente la bomba de alimentación cuya presión de descarga es notablemente superior a la del vapor generado.

FIGURA 31

DIAGRAMA DE UNA CALDERA DE CIRCULACIÓN FORZADA PROPIAMENTE DICHA

DIAGRAMA DE UNA CALDERA DE PASO FORZADO



Ambos tipos de calderas ofrecen las ventajas siguientes:

1.- Protección simple de las paredes del hogar con tubos de agua.2.- Son insensibles a los cambios bruscos de temperatura y presión.3.- La circulación del agua es insensible a las variaciones bruscas de carga.4.- Son satisfactorias para operar con elevadas presiones y temperaturas.5.- Se adaptan fácilmente a la forma del local.

PRESIÓN Y, TEMPERATURA DE TRABAJO

Desde el punto de vista de la elección de la presión más conveniente para un caldero, podemos clasificar a éstos en tres grandes grupos :

a) Calderos destinados a suministrar vapor saturado para procesos de calefacción.

b) Generadores de vapor recalentado para alimentar turbinas a contrapresión y aprovechar el vapor de salida, después de saturarlo, para procesos de calefacción.

c) Generadores de vapor recalentado para la producción de energía eléctrica en turbinas de condensación.

La elección de la presión del grupo (a) es inmediata, cuando lo que se requiere es vapor para calentamiento. Como agente de calefacción se utiliza vapor saturado, ya que el vapor recalentado tiene las propiedades de un gas y su coeficiente de transmisión de calor es muy pequeño.

Puesto que un buen intercambiador de calor calienta un fluido a una temperatura aproximada de 10°C a 15°C por debajo de la temperatura del vapor calefactor, partiendo de la temperatura necesaria en el fluido a calentar se deducirá la temperatura requerida en el vapor a la salida del caldero, tomando en cuenta las pérdidas de calor en el transporte. Por medio de las tablas Presión-Temperatura, que se presentan al final de este artículo, se determina la presión a la cual se tendrá que producir el vapor saturado, para alcanzar la temperatura adecuada.El vapor saturado se utiliza como agente de transmisión de calor hasta temperaturas de unos 200°C aproximadamente, lo que supone presiones del orden de unas 18 atm.Por encima de estas presiones, su utilización suele ser prohibitiva por ser necesarios tuberías y aparatos muy robustos; en estos casos se utilizan fluidos portacalóricos y aceites térmicos.



CRITERIOS PRÁCTICOS DE SELECCIÓN DE CALDEROS

La gran variedad de tipos de calderos existentes y las múltiples posibilidades de conformación de los equipos que integran un sistema de generación de vapor podrían hacer aparecer como algo muy complejo la selección de un determinado caldero para atender un requerimiento industrial de vapor, agua caliente o calentamiento de fluidos térmicos.

En el caso de calderos piro tubulares, la selección de equipos de uno, dos, tres o cuatro pasos obedece a criterios técnicos y económicos. Mientras mayor sea el número de pasos se conseguirá mayores eficiencias, pero los equipos serán más caros.

En acuotubulares, hasta cierta capacidad podrán ser tipo paquete, pero a partir de cierto límite, variable para cada caso, resultará conveniente montarlos en planta. La decisión respecto a la instalación de economizadores y recuperadores de calor obedece igualmente a criterios de factibilidad técnica y conveniencia económica, en función de la capacidad de producción de vapor de los calderos y sus presiones de operación.

Conviene establecer, para evitar confusiones, que en la práctica industrial se llama economizado al sistema que permite aprovechar el calor de los gases de combustión para precalentamiento del agua de alimentación y recuperadores a los que lo hacen para precalentamiento del aire de combustión.

USO DEL GAS NATURAL EN CALDEROS DE VAPOR

CRITERIOS GENERALES

Aunque la elección del combustible utilizado en un generador de vapor no tenga influencia técnica sobre la producción, su incidencia sobre numerosos factores puede variar muy sensiblemente de un combustible a otro. A este respecto, las ventajas específicas del gas le colocan en una situación favorable. Estas ventajas se derivan de las características del gas, especialmente de su estado físico, de su pureza y, de una manera particular, de la constancia de su composición y de la ausencia de azufre.

Dichas ventajas, respecto a los combustibles sólidos y líquidos, son las siguientes:

Ausencia de almacenamiento del combustible en el exterior o interior de la sala de calderas.

No hay formación de cenizas de ninguna forma: sólidas, liquidas, fundidas



(escorias) o volantes. Todos los dispositivos de recuperación (tolvas, ceniceros, registros etc.) y de evacuación pueden suprimirse, especialmente los separadores de polvo, tan importantes y tan numerosos en las grandes centrales modernas de carbón pulverizado. La combustión del gas no poluciona ni contamina la atmósfera.

No hay deposición ni formación de depósitos adherentes en las superficies de intercambio de calor de la caldera, mejorando la transmisión de calor de las partes metálicas y no aumentando la resistencia del circuito de gases.

El caudal de combustible, fácilmente medidle, permite una regulación sencilla del aire de combustión en función de aquel.

La mezcla aire/gas puede realizarse íntimamente con un débil exceso de aire, asegurando una combustión completa y mejorando el rendimiento térmico.

Siendo la proporción de azufre prácticamente nula, no tienen que existir corrosiones en la parte final de la caldera, especialmente en los economizadores o recuperadores de aire, los ventiladores de tiro forzado y los conductos de unión. La temperatura de los humos puede disminuirse sin temor.

Como hemos mencionado, las 3 desventajas que plantea el uso de gas natural en calderos son 3 :

Baja emisividad de llama, lo cual influye directamente en las posibilidades de transferencia de calor por radiación. Esta característica adquiere mayor importancia en calderos acuotubulares en la medida que aumenta su capacidad. En calderos piro tubulares su importancia resulta , porque aún en el tipo de caldero escocés, en el cual el hogar tiene paredes frías y la espalda húmeda, el factor limitante de transferencia de calor es la convección.

Mayor volumen de gases de combustión; para producir la misma cantidad de calor en condiciones estequiométricas se generan con gas natural 18.5 % más gases que con carbón mineral y 12.2 % mayor volumen de gases que con petróleo residual 6. Para calderos piro tubulares, donde la transferencia de calor por convección es determinante para la eficiencia, la mayor velocidad de gases en los tubos disminuye la eficiencia, pero este efecto negativo se compensa parcialmente con el menor exceso de aire que se puede conseguir por la facilidad par mezclar y quemar el gas.

Seguridad: La principal causa de riesgo en este sentido es el desconocimiento de las medidas y precauciones que resultan normales en medios acostumbrados a este combustible, pero peligrosos en medios en los que recién se incorpora este combustible y los operadores están acostumbrados a "ver" y/u oler el peligro.



La incidencia del empleo del gas sobre otros factores se dejará sentir en:

A) LA CONSTRUCCIÓN

Las dimensiones de las cámaras de combustión de las calderas pueden reducirse con respecto a las dimensiones corrientes de éstas, utilizando carbón. La perfecta mezcla de aire / gas y la rápida combustión de éste, permite aumentar la carga térmica específica. La infraestructura de recolección de las cenizas y escorias puede suprimirse. Desde luego, queda suprimida la parrilla y todos los elementos de manutención mecánica. Las cámaras de combustión, empleando gas natural como combustible, permitirán cargas térmicas

6 6 3específicas comprendidas entre 0,5 x 10 y 1,5 x 10 Kcal. m /h que, referidas a la sección transversal de la cámara, deben permanecer dentro de los límites de

2450 000 a 900 000 Kcal./m /h.

B) EL FUNCIONAMIENTO

El rendimiento térmico puede mejorarse como mínimo, de tres a cinco puntos (según el combustible que sustituía puede llegar a 8%) gracias a la posibilidad de realizar y mantener la proporción aire-gas a diferentes marchas, con un exceso mínimo de aire del orden del 10 al 20 W cuando con fuel-oil no puede bajarse del 20 al 30 % y con el carbón del 40 al 50. Igualmente existe posibilidad de reducir la temperatura de los humos a la salida de los quemadores, sin riesgo de corrosión en las partes finales de la instalación debido a la ausencia de azufre en el gas y de en los SO 2

productos de combustión. La constancia en la composición de los humos para distintas cargas de la caldera (demandas de vapor), permite qué los rendimientos industriales de explotación alcancen valores próximos a los rendimientos teóricos o de prueba.

C) LA REGULACIÓN

El empleo del gas natural facilita la utilización de dispositivos de regulación y de mando automático, manteniendo constante la presión de vapor y la mezcla aire-gas del quemador, siguiendo las variaciones de las demandas de vapor.

D) EL MANTENIMIENTO

Los quemadores de gas no necesitan prácticamente ningún mantenimiento, permaneciendo siempre libre de goteos y de polvo los frentes de la caldera donde van colocados los quemadores. Las superficies de transmisión de calor de las calderas permanecen siempre limpias.



E) LAS INVERSIONES

El gas natural permite la supresión de los parques de almacenamiento del carbón o de los tanques de almacenamiento de los combustibles líquidos, así como de todos los dispositivos de alimentación y trasiego de combustible y evacuación de cenizas. Tampoco son necesarios dispositivos para suprimir o reducir los riesgos de contaminación atmosférica. Con el gas natural se suprime el riesgo de eventuales indemnizaciones por daños a los vecinos o a la agricultura.

La transformación de las calderas no presenta, en general, dificultades, reduciéndose al montaje del equipo de quemadores y órganos de seguridad y regulación, sin que la estructura de la caldera, en sí misma, sufra modificación alguna.

La producción de vapor utilizando gas como combustible, especialmente en las industrias que necesitan el gas natural para otros menesteres, es cada día mayor. En muchos casos regulariza el consumo de gas cuando en otras dependencias la marcha de los aparatos es intermitente y el aumento de consumo permite obtener precios más bajos en los contratos de suministro.

EQUIPOS PARA CALDEROS INDUSTRIALES

El material necesario para la utilización del gas natural en un generador de vapor comprende: Quemadores, Dispositivos de regulación, Sistemas de seguridad.

QUEMADORES A GAS NATURAL

Los calderos de hogar interior o piro tubulares y los acuotubulares modernos tienen la cámara de combustión recubierta con paredes o tubos de agua. Son, por consiguiente, hogares fríos cuyas paredes están a una temperatura sensiblemente inferior a la de inflamabilidad del gas.

Esta característica de construcción tiene una consecuencia importante en lo que se refiere a las características de construcción de los quemadores. Estos deben cumplir, especialmente, las exigencias siguientes:

A) Asegurar una mezcla homogénea y suficientemente rápida de aire de manera que la combustión se mantenga perfecta y terminada en la cámara de



combustión antes de todo contacto con las paredes, cuya baja temperatura detendría la combustión, con riesgo de obtener inquemados (disminución de rendimiento) y posibilidad de formación de mezclas combustibles en el circuito de humos;

B) Asegurar, a cualquier régimen, que se mantenga constante la proporción de mezcla aire-gas próxima a la relación estequiométrica, en todo caso, dentro de los límites de inflamabilidad con un amplio margen de seguridad;

C) Asegurar una velocidad de salida de la llama del quemador inferior a la velocidad de propagación de la llama, para evitar el desprendimiento de ésta de la boca del quemador, especialmente durante el período de encendido.

D) Permitir ajustar el volumen y la longitud de la llama en función de las dimensiones de la cámara de combustión, a fin de asegurar que aquella llene completamente la cámara, evitando siempre los puntos de impacto con las paredes. En grandes calderas con cámaras de dimensiones importantes, es preferible colocar varios quemadores en lugar de uno solo de mayor caudal;

E) Permitir la obtención de una llama luminosa que favorezca el intercambio de calor, particularmente en las calderas a radiación.

El número de quemadores depende, esencialmente, de la potencia del caldero. En general, para calderas de producción inferior a 20 t/h se coloca un solo quemador; para calderas de producción de 20 a 50 t/h se colocan dos quemadores; para producciones superiores, se colocan cuatro o más quemadores.

DISPOSITIVOS DE REGULACIÓN

Aunque la construcción de algunos órganos de control, de regulación y de marcha automática tiene alguna particularidad, en la utilización de gas los principios generales son los mismos que para otros combustibles (especialmente para los combustibles líquidos) y su aplicación no entraña ningún problema particular: por el contrario, la limpieza de gas y de los productos de la combustión son factores favorables para el buen funcionamiento de dichos dispositivos.

La elección del tipo y programa de control y de regulación será, en cada caso, objeto de estudio. En el mercado existen todos los tipos de materiales que permiten resolver el problema, desde el más sencillo al más complicado.



ÓRGANOS DE SEGURIDAD

La seguridad merece ser estudiada cuidadosamente, por una parte en razón de su gran importancia, por otra, en razón de las exigencias particulares de empleo de un combustible gaseoso. Teóricamente, es más fácil obtener una mezcla perfecta y rápida entre el gas y el aire comburente que, por otra parte, puede aproximarse más o menos a las condiciones de una mezcla explosiva pero también es cierto que el gas se presta más fácilmente (debido a su facilidad de manipulación) a la adaptación de dispositivos que permiten, precisamente, prevenir la realización de tales condiciones.

El conjunto de órganos de seguridad debe satisfacer a una triple exigencia:

Impedir toda introducción de gas en un recinto de combustión sin que hayan sido accionados previamente los dispositivos de encendido y de que se haya controlado el funcionamiento correcto de éstos;

Impedir toda introducción de una mezcla gas y aire en proporciones tales que la combustión de esa mezcla no pueda hacerse correctamente;

Asegurar la interrupción rápida de la alimentación de gas, en caso de extinción imprevista de uno u otro quemador.

Para respetar estas tres condiciones, es necesario que, en todo momento, se pueda accionar y controlar:

El caudal de gas, La presión del gas, El caudal de aire, La relación gas-aire, El tiro.

Estos elementos se regulan, en general, para el conjunto del equipo: seria deseable, sin embargo que, a excepción del último, pudieran regularse para cada uno de los quemadores.

Las operaciones de encendido, tantos manuales, semiautomáticos o automáticas, consisten en:

Asegurar un barrido eficaz con aire de la cámara de combustión y de los conductos posteriores durante un tiempo suficiente, a precisar en las consignas, a fin de que no haya vestigios de gas en los mismos (cierre defectuoso de la válvula de gas);

Encender el piloto o quemador de encendido y comprobar que la llama se mantiene estable;



Regular la entrada de aire y después abrir el gas; Asegurarse del buen funcionamiento del quemador. En instalaciones equipadas con varios quemadores, efectuar su encendido

sucesivamente.

La comprobación de encendido y mantenimiento de la llama en cada quemador se asegura mediante un dispositivo de «control de llama», que no debe intervenir más que a título de seguridad complementaria en caso de incidente.

Se utilizan principalmente dos soluciones:

La ionización de la llama que asegura la detección por medio de electrodossometidos a una diferencia de tensión que puede ser continua o alterna, actuando entonces por rectificación de la tensión alterna. Los electrodos deben colocarse en la llama piloto, si existe, o en su defecto, en la llama principal, y su posición debe elegirse cuidadosamente. La elección de electrodos de masa, de longitud apropiada, evitará la colocación de dispositivos de seguridad por simple desprendimiento de la llama de la boca del quemador, cuya intervención no tendrá lugar más que en caso de un desprendimiento exagerado;

la medición de las radiaciones emitidas por la llama, debido a una célula fotoeléctrica sensible a la radiación de los productos de la combustión. La posición y la orientación de dicha célula son importantes y deben escogerse juiciosamente. Ofrece la ventaja de poder montarse en el exterior de la cámara de combustión sin necesidad de tener ninguna parte en contacto con la llama.

En general, el riesgo consiste en la extinción eventual de la llama del quemador, seguido del derrame de la mezcla aire-gas sin encender en la cámara de combustión; ésta se hallaría entonces llena de una mezcla en proporciones explosivas, cuyo encendido podría provocar una deflagración.

La extinción inopinada de la llama puede tener dos causas:

Variación o disminución intempestiva de la presión; Desarreglo de la combustión, haciendo que la mezcla aire-gas en el quemador

quede fuera de los límites de inflamabilidad (paro de corriente en el ventilador de aire o funcionamiento defectuoso de éste).

Los dispositivos de seguridad deben poder responder a estas dos situaciones y su acción debe traducirse en un corte total y rápido de la llegada de gas a los quemadores. La vuelta a la situación normal no puede hacerse más que por intervención manual.



La instalación más sencilla comprende pues:

Un dispositivo de control de la presión provocando el corte de la llegada de gas a los quemadores, para una variación del orden del 20 %.

Un dispositivo de control de la llama, accionando el corte del gas a los quemadores en caso de extinción.

El rearme del órgano de corte de gas no podría efectuarse más que manualmente, de tal forma que no pueda volverse a encender hasta que la causa del cierre del gas se haya detectado y suprimido, y después de efectuar, en el orden que deban hacerse, todas las maniobras del encendido.

El órgano de corte deberá también intervenir en caso de falta de corriente, que provocara el paro del ventilador de aire comburente y del ventilador de tiro.

En estas condiciones, y realizando una comprobación periódica y frecuente del buen funcionamiento de los diferentes órganos de seguridad, cuya elección es tanto o más importante que la del quemador, la utilización de gas natural en las calderas ofrecerá todas las garantías necesarias.

MODIFICACIONES EN EL CALDERO

Los calderos diseñados para combustibles líquidos pueden adaptarse al uso de gas natural sin mayores inconvenientes, pero resultara adecuado analizar como afecta el cambio a cada una de las 5 partes que constituye un caldero.

QUEMADORES A GAS

Aunque los quemadores a gas difieren en diseño, son similares en simplicidad en cuanto a la entrega de combustible al quemador. El gas llega a la planta a través de un sistema presurizado de distribución que entregará gas a los quemadores simplemente abriendo una válvula. La presión en el quemador es una de las formas de clasificación de los quemadores a gas.

Baja presión: 2 a 8 onzas por pulgada cuadrada. Media presión: 8 onzas - 2 psig Alta: 2 a 50 psig

Un quemador se selecciona de acuerdo a la presión disponible o para alcanzar una característica de llama deseada. Los quemadores de alta presión normalmente poseen una gran versatilidad. El gas sale del quemador a través de pequeños orificios que varían en tamaño y capacidad, dependiendo de la presión máxima prevista.



El aire de combustión puede ingresar a un quemador a través de la presión atmosférica, que es mas alta que la succión en el quemador. A éste se le llama "quemador atmosférico". La succión puede ser por tiro natural o inducido, donde un chorro de gas a alta velocidad crea succión al entrar a la cámara de combustión.

El tiro mecánico, creado por ventiladores inducidos o forzados, o ambos conjuntamente, es el otro método de entregar aire al quemador. Para controlar el rango de aire - combustible de manera exacta, todo el aire de combustión debe entrar a través del quemador o alrededor de éste.

Los quemadores más comúnmente usados son aquellos llamados "quemadores sin mezcla previa". El combustible sale de una pequeña boquilla u orificio y se mezcla completamente con un vórtice remoliente de aire. Frecuentemente, se le da un efecto de remolino al gas para crear mayor turbulencia. La idea básica es mezclar aire y combustible de manera completa y suficiente para obtener una combustión completa con mínimo exceso de aire.

Para la ignición, normalmente se usa un pequeño quemador piloto. Este piloto puede ser permanente o encendido cada vez que se arranca el quemador, y apagado una vez que el quemador está encendido. Las características de ignición normalmente son afectadas por el tipo y forma de la llama y de acuerdo a si el combustible y el aire son mezclados inmediatamente o por etapas al iniciar la llama con aire primario y luego entregando el aire restante para completar la combustión.

La combustión por etapas produce una temperatura de llama más baja y larga, produciendo menos NOx.

Los productos de la combustión se retiran del quemador .reemplazándolos con nuevas mezclas de aire y combustible que se inyectan en la cámara de combustión por medio de ventiladores y presión de combustible..

El margen de regulación de un quemador es el rango de proporciones de quemado durante las cuales se puede mantener una combustión satisfactoria al modular aire y combustible esencialmente al mismo tiempo. La modulación puede ser continua a través de este rango, o puede implicar solamente posiciones de alta y baja. Dependiendo del diseño del quemador, la modulación se alcanza ajustando simultáneamente el flujo de aire y gas de las maneras siguientes:

Usando una válvula de gas y un dámper de aire en paralelo.

Variando la presión de gas

Variando la presión de aire



Los diseños de quemadores comerciales procuran la mayor complejidad posible para conseguir el mayor beneficio económico posible aprovechando el bajo nivel de tecnificación del personal de planta en el campo de la combustión.

En realidad la combustión es un proceso maravillosamente simple y el quemador para combustibles líquidos también debe serlo. Estos quemadores constan del

3 atomizador, cuya función es principalmente efectuar el trabajo de dividir cada cm de combustible en alrededor de 7 millones de gotitas de 30 a 40 micras. La energía que utilizan para atomización define la clasificación de quemadores (mecánicos, aire comprimido o vapor, airé a baja presión, copa rotativa, etc.)

Al sustituir el petróleo por gas, se debe definir la conveniencia de utilizar un quemador mixto, permanentemente listo para el cambio, o 2 quemadores de trabajo simultáneo o alternado.

Los quemadores de gas, siendo simple su combustión, también son simples. Su diseño debe orientarse a la mayor luminosidad de la llama, lo cual se consigue demorando la mezcla del hollín producto del craqueo con el aire de combustión para que se mantenga un lapso en estado incandescente.

El tipo de quemador generalmente utilizado en calderos es el de alimentación separado de aire y gas, con combustión por difusión en la cámara; resultando preferible que el flujo dominante sea el gas, por las razones anotadas.

EL HOGAR O CÁMARA DE COMBUSTIÓN

Una de las condiciones que debe cumplir el quemador es constituir una llama de forma y dimensiones adecuadas a la cámara de combustión.En el caso de petróleos residuales, la evolución del diseño de quemadores ha permitido reducir la llama mejorando las condiciones de mezcla y creando una depresión central para formar una llama cónica hueca, lo que ha permitido diseños cada vez mas compactos, pero con graves problemas cuando se maneja mal la combustión.

En el caso del gas natural, este problema en realidad no existe, ya que la combustión es muy rápida y la llama muy corta.

Cuando se dice que se produce sobrecalentamiento en la zona de convección porque la llama de gas llega a los tubos se comete un error; en realidad lo que sucede es que la baja emisividad de la llama de gas transfiere poco calor por radiación y el resto de calor liberado permanece en los gases.



En términos generales, la misma cámara de combustión de calderos piro tubulares puede utilizarse quemando gas). En el caso de calderos acuotubulares, la emisividad de llama es un factor que afecta la eficiencia de transferencia de calor por radiación. En los calderos tipo paquete de hogar con paredes de tubos de agua el diseño del quemador puede permitir compensar la baja emisividad de la llama de gas; en los calderos de radiación de mayor capacidad y con varios quemadores, el factor emisividad de llama puede llegar a determinar la conveniencia de utilizar otros combustibles en lugar de gas, debido a que la emisividad de llama de carbón llega al valor máximo (1), la de petróleo alcanza 0.95 y la de gas solamente podría llegar a 0.6 con un diseño adecuado de quemador La utilización combinada de gas y otros . combustibles es una opción bastante conveniente.

ZONA DE CONVECCIÓN

Al ser mayor el volumen de gases de combustión cuando se quema gas, al cambiar de petróleo residual a gas natural, la eficiencia de un caldero disminuirá por este concepto por transcurrir los gases a mayor velocidad.

La posibilidad evidente de trabajar con menos exceso de aire puede compensar parcialmente este factor, disminuyendo et volumen real de gases, pero al ser ellos más calientes, resulta probable que no se llegue a transferir todo el calor potencialmente aprovechable en arreglos de tubos de calderos 2 y 3 pasos. En estos casos una opción muy interesante considera el aprovechamiento de la mayor velocidad de gases confiriendo mayor turbulencia mediante la instalación de turbuladores o torbellinadores.

La limpieza de los gases de combustión del gas natural representa una importante ventaja el interior y exterior de tubos de zonas de convección, sobrecalentadores y economizadores.

VENTILADORES DE AIRE Y CHIMENEAS

Los ventiladores que aportan el aire de combustión en calderos de petróleo podrían quedar cortos al utilizar gas natural, aún reduciendo el exceso de aire. Para conseguir mejores eficiencia y mantener o aumentar la producción, la modificación o cambio de ventilador debe ser una opción a considerar.

Utilizando la energía cinética del gas como impulso dominante para formación de llama, los ventiladores podrían ser modificados para conseguir mayor volumen y menor presión estática en la descarga.Los ventiladores de tiro forzado o inducido también podrían limitar la capacidad de producción, debiendo modificarse si resulta necesario.



En el caso del tipo natural, prolongar la altura de la chimenea; resultara suficiente para incrementar el mejor tipo requerido, lo cual podría incrementarse adicionalmente si se coloca turbulaciones.

DISPOSITIVOS DE REGULACIÓN

Aunque la construcción de algunos órganos de control, de regulación y de marcha automática tiene alguna particularidad, en la utilización de gas los principios generales son los mismos que para otros combustibles (especialmente para los combustibles líquidos) y su aplicación no entraña ningún problema particular: por el contrario, la limpieza de gas y de los productos de combustión son factores favorables para el buen funcionamiento de dichos dispositivos.

La elección del tipo y programa de control y regulación será, en cada caso, objeto de estudio. En el mercado existen todos los tipos de materiales que permiten resolver el problema, desde el más sencillo al más complicado.



VÁLVULAS DE FUELLE

Válvula con cierre mediante fuelle. Libres de mantenimiento al no ser necesario cambiar estopadas. Indicadas para vapor, gases, agua caliente, fluidos calientes, aceite térmico, aguas de proceso, estaciones de vacío, etc.

VÁLVULA REDUCTORA DE PRESIÓN DE VAPOR

Reducción de presión vapor, gases y líquidos neutros en redes de energía y procesos

PURGADORES DE CONDENSADO

Los purgadores termodinámicos para purga de condensados eliminan la fase líquida en instalaciones de vapor. Su funcionamiento está basado en el diferente comportamiento frente a la dilatación de un pequeña plaqueta en la presencia de vapor o condensado



COMPENSADORES DE DILATACIÓN

Las instalaciones con largas tiradas de tuberías sufren dilataciones y compresiones debido a la diferencia de temperatura entre el momento del montaje y las condiciones de trabajo. Los compensadores de dilatación aseguran un buen funcionamiento de la instalación y evitan roturas, siempre que estén bien estudiados

NIVELES ÓPTICOS PARA CALDERAS DE NIVEL DEFINIDO



El dibujo muestra el típico nivel óptico a reflexión. Este instrumento consiste en un cuerpo de metal, realizado para tener una cámara interior y uno o más ventanas más delanteras (en uno sólo esté al lado del nivel). En cada ventana un vidrio de alta resistencia, se ajusta con un junta de sellado y unas capas de metal fijadas mediante tornillos a la carcasa.

La cámara se conecta a la caldera directamente, con objeto de ser testigo de su nivel. El principio de funcionamiento de estos grifos está basado en las leyes de la luz y la reflexión. El cristal, de forma estriada, absorbe la luz del ambiente en presencia de agua, mientras que la refleja si es vapor lo que aparece detrás de su superficie. El resultado, la zona con agua se ve claramente al tener un color negro diferenciado.

AISLAMIENTO TÉRMICO

El aislamiento térmico en calderas se realiza mediante materiales como la fibra de vidrio y fibra cerámica, desechándose el tradicional amianto al máximo. La función habitual de cintas y burletes es la de sellar las distintas tapas de la caldera. Igualmente, los distintos cementos refractarios protegen la caldera de la acción directa de la llama.



MATERIAL FUNCIÓN

CINTAS FIBRA CERÁMICA / FIBRA DE VIDRIO SELLADO TAPAS

CALDERA

BURLETES FIBRA CERÁMICA / FIBRA DE VIDRIO SELLADO TAPAS

CALDERA

CEMENTO REFRACTARIO PROTECCIÓN FRENTE A

LLAMA

PASTA REFRACTARÍA (FIX) REPARACIÓN FISURAS

CEMENTO

PLANCHAS AISLANTES SILICATO CÁLCICO PROTECCIÓN FRENTE A

LLAMA

CASQUILLOS CERÁMICOS

PROTECCIÓN PLACA TUBULAR EN CAMBIOS DE QUEMADOR



56

MANTENIMIENTO

DEL

QUEMADOR

TAREA 4TAREA 4TAREA 4TAREA 4TAREA 4TAREA 4



Mantener Quemador

Desmontar y Montar Boquilla-Electrodo Cambiar Boquilla-Electrodo

Verificar Intercambiador de calor

01

02

03

04

01 Juego de Destornilladores

01 Juego de Dados

01 Alicate Universal

01 Brocha


OPERACIONESN°

PZA. CANT.

TIEMPO:

ESCALA:

HT


HOJA:

OBSERVACIONES

2004


MATERIAL

Mantenimiento del Quemador REF.

1/1

01 01

04

57

58

OPERACIÓN : MANTENER QUEMADOR

A fin de que el quemador funcione bien y dé un rendimiento óptimo, debe darse a los componentes que manejan tanto el combustible como el aire de combustión una atención adecuada. Haga lo siguiente con regularidad:

PASO 1:

Si se quema petróleo residual o diesel, limpie las boquillas (sin dañarlasSaque el conjunto del quemador del conducto de aire, desármelo y límpielo perfectamente.

OPERACIÓN: DESMONTAR Y MONTAR BOQUILLA-ELECTRODO

Para asegurar un encendido confiable del combustible, es importante que el sistema de encendido tenga mantenimiento apropiado. Haga lo siguiente con regularidad:

PASO 1:

Inspeccione las puntas de los electrodos y ajústelas cuando sea necesario.

PASO 2:

Mantenga apretadas las terminales de los cables de encendido.



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PASO 3:

Verifique la porcelana del electrodo y cámbiela si se encuentra cuarteada.

En las unidades equipadas con encendedor de gas, mantenga limpios los conductos de aire al encendedor en toda su extensión, periódicamente desarme el mezclador de gas, el cual mezcla el gas y el aire para el piloto y limpie todos los conductos internos. El taponamiento de la tubería de aire o del venturi de gas producirá una mezcla demasiado rica para el piloto y un encendido defectuoso e irregular.

El detector que cuida que haya llama ya sea del piloto y/o la llama principal, debe mantenerse limpio: si se acumula hollín o polvo en el lente del detector o en el tubo de montaje, la vista de la llama se interrumpirá y el quemador se apagará por falsa falla de llama. Cuando se usa adaptador de tres boquillas la capacidad de las boquillas no es siempre la misma.

OBSERVACIÓN

NO CAMBIE DE LUGAR LAS BOQUILLAS CUANDO SE LIMPIEN.

OPERACIÓN : CAMBIAR BOQUILLA ELECTRODO

PASO 1 : Correcta posición de los electrodos y de la cabeza de combustión

Para acceder a la cabeza de combustión y a los electrodos destornillar el tornillo VB de la tobera del quemador y separar este ultimo de la tobera ( que permanece fijado a la caldera) prever un sitio de apoyo estable sobre el cual situar el quemador durante la operación de mantenimiento.

Asegurarse de haber fijado el tornillo de bloqueo del grupo electrodos antes de montar el quemador.



OPERACIÓN : VERIFICAR INTERCAMBIADOR DE CALOR

PASO 1:

VERIFICAR VENTILADOR

El conjunto del ventilador suministra el aire para la combustión; el bajo rendimiento del ventilador se traduce en una combustión inadecuada.Haga lo siguiente con regularidad:

Limpie la malla de entrada de aire al ventilador. Limpie las aletas de la carcaza. Revise los pernos de anclaje y los prisioneros. Verifique la tensión de las correas en "V” Límpielas y limpie las

poleas Lubrique las chumaceras. Si observa vibración excesiva haga balancear el rotor por un

especialista.

PASO 2:

VERIFICAR COMPRESOR DE AIRE ROTATORIO

El aire de atomización es suministrado en esta unidad por el compresor rotativo de aire del tipo de paletas deslizantes de fibras comprimidas, montadas en un rotor de fierro fundido, siendo lubricadas continuamente por medio de un lubricador ya sea del tipo de mecha o de vacío.El aire que entra al compresor es filtrado continuamente por un filtro de baño de aceite del mismo tipo que se usa para su lubricación. Límpiese este filtro de aire cuando menos mensualmente con un solvente y llénese el depósito con aceite a su nivel adecuado.

El compresor no debe ser desmontado ni desarmado sino por un mecánico con experiencia. El mantenimiento de estos compresores consiste en conservar limpio el filtro, de preservar de suciedad el cuerpo del compresor para asegurar enfriamiento adecuado y seguir las recomendaciones de lubricación.

Aproximadamente una vez al mes puede alimentarse media taza de kerosene despacio en la entrada de aire habiendo quitado el filtro para limpiar de esta manera las tablillas y el rotor.



RECOMENDACIONES

Periódicamente se comprobará el estado del filtro de combustible, procediéndose a su limpieza en caso necesario.Siempre que sea posible y como mínimo una vez al día, se realizará una inspección visual del encendido del quemador y forma de la llama, actuando sobre los controles de aire o combustible en el caso que ésta fuese incorrecta.Siempre que se observe un contenido de hollín en los humos, se deberá corregir la regulación de la mezcla aire/combustible para subsanar esta anomalía. A este respecto se aconseja efectuar un test de humos, consistente en la comprobación del CO , opacidad y temperatura de los 2

humos, al objeto de asegurarse por completo de que el quemador está trabajando correctamente.

Un silbido en la parte frontal o trasera de la caldera. Goteo de agua en la parte trasera o delantera de la caldera. Presencia de vapor en la salida de gases.

Cuando se presenta esta falla debe realizarse una inspección minuciosa para determinar la grave de la fuga.



QUEMADORES

El quemador es el corazón de la caldera, al igual que un procesador es la vida de un computador. Todos los elementos automáticos de regulación y control deben ser de primera calidad, para evitar sorpresas en el futuro.

En general, los cambios de cada quemador seran distintos en función del combustible a usar. Vea la tabla para mayor información

COMBUSTIBLE LÍQUIDO COMBUSTIBLE GASEOSO

BOMBAS DE COMBUSTIBLE REDUCTORAS DE PRESIÓN GAS

ELECTROVÁLVULAS

FILTROS

ELECTRODOS DE ENCENDIDO

CÉLULA FOTOELÉCTRICA / UV ELECTRODOS DE IONIZACIÓN

PROGRAMADORES

TERMOSTATO FUEL-OLEO PRESOSTATOS DE SEGURIDAD DE

MÁXIMA Y MÍNIMA PRESIÓN DE GAS TRANSFORMADORES DE ENCENDIDO

BOQUILLAS / GIGLEAURS PLATOS DIFUSORES GAS

PLATOS ESTABILIZADORES LLAMA



ALGUNOS QUEMADORES COMERCIALES



VENTILADORES DE AIRE Y CHIMENEAS

Los ventiladores que aportan el aire de combustión en calderos de petróleo podrían quedar cortos al utilizar gas natural, aún reduciendo el exceso de aire. Para conseguir mejores eficiencia y mantener o aumentar la producción, la modificación o cambio de ventilador debe ser una opción a considerar.

Utilizando la energía cinética del gas como impulso dominante para formación de llama, los ventiladores podrían ser modificados para conseguir mayor volumen y menor presión estática en la descarga.Los ventiladores de tiro forzado o inducido también podrían limitar la capacidad de producción, debiendo modificarse si resulta necesario.

El conjunto del ventilador suministra el aire para la combustión; elbajo rendimiento del ventilador se traduce en una combustión inadecuada.Haga lo siguiente con regularidad:

Limpie la malla de entrada de aire al ventilador. Limpie las aletas de la carcaza. Revise los pernos de anclaje y los prisioneros. Verifique la tensión de las correas en "V” Límpielas y limpie las poleas Lubrique las chumaceras. Si observa vibración excesiva haga balancear el rotor por un

especialista.

COMPRESOR DE AIRE ROTATORIO

El aire de atomización es suministrado en esta unidad por el compresor rotativo de aire del tipo de paletas deslizantes de fibras comprimidas, montadas en un rotor de fierro fundido, siendo lubricadas continuamente por medio de un lubricador ya sea del tipo de mecha o de vacío.

El aire que entra al compresor es filtrado continuamente por un filtro de baño de aceite del mismo tipo que se usa para su lubricación. Límpiese este filtro de aire cuando menos mensualmente con un solvente y llénese el depósito con aceite a su nivel adecuado.

El compresor no debe ser desmontado ni desarmado sino por un mecánico con experiencia. El mantenimiento de estos compresores consiste en conservar



limpio el filtro, de preservar de suciedad el cuerpo del compresor para asegurar enfriamiento adecuado y seguir las recomendaciones de lubricación.

Aproximadamente una vez al mes puede alimentarse media taza de kerosene despacio en la entrada de aire habiendo quitado el filtro para limpiar de esta manera las tablillas y el rotor.



FUNCIONAMIENTO DE UN QUEMADOR



MANTENIMIENTOS DE COMPONENTES ELÉCTRICOS

Los componentes eléctricos pueden ser divididos en varios grupos:

01. MOTORES

Los motores requieren un mínimo de mantenimiento. Manténgalos secos y libres de excesiva suciedad y engrase los rodamiento cada 3 ó 6 meses. Cada 3 ó 5 años quite los motores y delos para una reparación general en un taller de reparación de motores acreditado.

02. INTERRUPTORES

Los interruptores incluyen los de tipo automático, corno los de ampolla de mercurio, los cuales responden a cambios de presión y los interruptores manuales. Su mantenimiento más importante es la limpieza de los terminales y su correcto ajuste.

03. RELEVADORES Y SOLENOIDES

Los arrancadores de los motores y válvulas operadas eléctricamente contienen reveladores y solenoides.Periódicamente revise las conexiones terminales en los arrancadores. Las conexiones flojas pueden ser la causa de sobrecarga y poca vida de los contactos. Inspeccione los contactos para que tengan buen contacto mecánico y cámbielos si están demasiado picados o quemados. Las válvulas solenoides no requieren mantenimiento pero deben ser probadas periódicamente para ver si cierran bien bajo presión normal de trabajo.

04. REVELADORES DE PROGRAMACIÓN

El programador es el control que automáticamente da la secuencia de funcionamiento del quemador y del equipo auxiliar. También funciona como dispositivo de parada en caso de falla de llama apagando el quemador en caso de que el detector no "VEA" el piloto o la llama de combustible. Cambie los bulbos electrónicos anualmente y limpie los contactos de los relés y de las levas cuando menos cada tres meses. Use únicamente papel lija fina cuando se limpian esos contactos.

Todas las cubiertas de los controles deben colocarse nuevamente en su sitio antes de arrancar la caldera, asegúrese que las conexiones eléctricas estén bien ajustadas. Nunca confíe en uniones temporales.



MANTENIMIENTO DEL REFRACTARIO Y TUBOS DE FUEGO

REFRACTARIO

La función del refractario es disminuir las perdidas térmicas, evita el calentamiento excesivo del quemador y ayuda a dar forma a la llama. Las grietas o las roturas pueden ser la causa de una combustión irregular, humo, o formaciones de carbón. Al efectuar las reparaciones mediante parchados debe tenerse especial cuidado de no obstruir la abertura para la detección de llama.

TUBOS DE FUEGO

La reparación o cambio de un tubo es labor que debe realizar personal experimentado. Es recomendable tener en cuenta esto, para no dañar el sistema de generación. Las señales que indican fugas en los tubos generalmente son:

Un silbido en la parte frontal o trasera de la caldera. Goteo de agua en la parte trasera o delantera de la caldera. Presencia de vapor en la salida de gases.

Cuando se presenta esta falla debe realizarse una inspección minuciosa para determinar la grave de la fuga.

ELEMENTOS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CALDERA

Fuego: Debe existir un buen proceso de Combustión.Agua: Deben existir rigurosos controles de su calidad.Áreas de Intercambio de Calor: Los tubos y superficies de intercambio deben estar en optimas condiciones de limpieza.

Fuego

El proceso de combustión es de gran importancia en la operación de las calderas, debe ser lo mas optimo posible en cuanto a su consumo y además amigable con el medio ambiente.Para que se de el proceso de combustión es necesario que exista un combustible, un comburente (aire) y un agente externo que produzca la ignición (chispa), cuando esto ocurre se da una reacción química del combustible con el oxigeno, para producir gases de combustión y liberar energía en forma de trabajo y calor, la cual es aprovechada en las calderas para evaporar el agua.A continuación se muestran los diferentes tipos de combustibles; algunos de ellosutilizados para la combustión en calderas.



COMBUSTIBLESINDUSTRIALES

SOLIDOS LIQUIDOS GASEOSOS

NATURALES ARTIFICIALES DERIVADOS DEL PETROLEO

GAS NATURAL

GLP

GASES ARTIFICIALES

RESIDUALESCOQUES, BRIQUETASAGLOMERADOSCARBÓN VEGETAL

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Agua

El agua obtenida de ríos, pozos y lagos es denominada agua bruta y no debe utilizarse directamente en una caldera.El agua para calderas debe ser tratada químicamente mediante procesos de descarbonatación o ablandamiento, o desmineralización total, adicionalmente, según la presión manejada por la caldera, es necesario controlar los sólidos suspendidos, sólidos disueltos, dureza, alcalinidad, sílice, material orgánico, gases disueltos (CO2 y O2), de no llevarse a cabo este tipo de tratamiento, la caldera sufrirá problemas de incrustaciones, sedimentación, desgaste por material particulado, etc.

Superficie de intercambio de calor

La tubería por la que circulan los gases en las calderas pirotubulares o el agua en las acuatubulares es fundamental para una eficiente transferencia de calor. De la buena combustión y tratamiento de agua, así como de las características físicas del material de intercambio de calor depende que el flujo de energía de los gases de combustión hacia el agua sea lo más eficiente posible.



Calor y Temperatura

En el lenguaje cotidiano solemos confundir los términos calor y temperatura. Así, cuando hablamos del calor que hace en el verano o lo mal que saben los refrescos calientes, realmente nos referimos a la temperatura, a la mayor o menor temperatura del aire o los refrescos. La temperatura es una magnitud física que nos permite definir el estado de una sustancia, lo mismo que cuando decimos que un coche circula a 90 km/h o que una casa tiene 5 m de alto.

Cuando se ponen en contacto dos sustancias a distinta temperatura, evolucionan de forma que el cuerpo a mayor temperatura la disminuye y el que tenía menor temperatura la aumenta hasta que al final los dos tienen la misma temperatura, igual que al echar un cubito de hielo a un refresco, que el refresco se enfría y el cubito de hielo se calienta y termina convirtiéndose en agua. Decimos que la sustancia a mayor temperatura ha cedido calor a la sustancia

Punto de ebullición

Si ponemos al fuego un recipiente con agua, como el fuego está a mayor temperatura que el agua, le cede calor y la temperatura del agua va aumentando, lo que podemos comprobar si ponemos un termómetro en el agua. Cuando el agua llega a 100 ºC, empieza a hervir, convirtiéndose en vapor de agua, y deja de aumentar su temperatura, pese a que el fuego sigue suministrándole calor: al pasar de agua a vapor de agua todo el calor se usa en cambiar de líquido a gas, sin variar la temperatura.

La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama punto de ebullición y es una propiedad característica de cada sustancia, así, el punto de ebullición del agua es de 100 ºC, el del alcohol de 78 ºC y el hierro hierve a 2750 ºC.

Punto de fusión

Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso con un termómetro verás que toman calor del aire de la cocina y aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estará cercana a -20 ºC (depende del tipo de congelador) y ascenderá rápidamente hasta 0 ºC, se empezará a formar agua líquida y la temperatura que permanecerá constante hasta que todo el hielo desaparezca Igual que



en el punto de ebullición, se produce un cambio de estado, el agua pasa del estado sólido (hielo) al estado líquido (agua) y todo el calor se invierte en ese cambio de estado, no variando la temperatura, que recibe el nombre de punto de fusión.

Se trata de una temperatura característica de cada sustancia:

el punto de fusión del agua es de 0 ºC, el alcohol funde a -117 ºC y el hierro a 1539 ºC.

PODER CALORIFICO Y RENDIMIENTO

Efectuemos ahora una comparación entre una máquina y el cuerpo humano. Los alimentos son el combustible del cuerpo humano. Cada persona necesita consumir una cantidad determinada de distintos alimentos para conseguir la energía necesaria para sobrevivir; cada alimento tiene su propio poder calorífico. Afortunadamente, los motores marinos no tienen donde escoger: funcionan con gasolina o con gasoil.Ambos combustibles tienen un poder calorífico semejante. El gasoil oscila entre las 10.000 y las 10.500 Kcal/kg, y el de la gasolina es de unas 10.500 Kcal/Kg. A efectos de simplificar algunos cálculos demostrativos redondearemos a 10.000 Kcal/Kg. Esto nos facilita dividir las 10.000 Kcal/kg entre 632 -las kilocalorías necesarias para desarrollar un caballo- para conocer cuantos caballos hora pueden obtenerse de un kilo de combustible. 10.000: 632 = 15,82 Cvh

Este valor es independiente del tipo de motor empleado, de si la carretera hace cuesta o de si el mar está picado. Es exactamente igual si está colocado sobre la bancada de un taller, sin transmisión de ningún tipo. La diferencia procede del rendimiento.

Sustancia Punto de fusión (ºC) Punto de ebullición (ºC)

Agua 0 100

Alcohol -117 78

Hierro 1539 2750

Cobre 1083 2600

Aluminio 660 2400

Plomo 328 1750

Mercurio -39 357



Ya hemos visto que para que un motor funcione hay que suministrarle calor en forma de combustible. Una parte de este calor se transforma en trabajo útil y

Otra se pierde. Se pierde en los gases de escape, en el rozamiento de las piezas, etc...El rendimiento es una relación o fracción que expresa qué porcentaje de trabajo equivalente a la energía calorífica suministrada se ha convertido finalmente en trabajo útil.Cada motor concreto -no cada tipo, sino cada modelo o incluso cada unidad- tiene su rendimiento concreto, pero es costumbre admitida que los motores diesel tienen un rendimiento del 33%, que los motores a gasolina se encuentran entre el 25 o el 26% y que los motores de dos tiempos rara vez superan el 20%.

Termometría

Mediante nuestro tacto podemos detectar en cierta medida cuando un cuerpo tiene distinto estado térmico que otro. Así nos damos cuenta si la plancha funciona, si la cerveza está fría o si alguien tiene fiebre.A raíz de las limitaciones del cuerpo para cuantificar estas mediciones, aparece la necesidad científica y técnica de medir estos estados térmicos. ¿Cómo se miden los estados térmicos?El primer paso es encontrar un patrón de estados térmicos. El sgundo paso es comparar.Para comparar se necesita asociar un número a cada estado térmico. Se usa una propiedad física: la dilatación o cambio de volumen Äv. Se plantea entonces la ecuación que relacionará variación de estado térmico ÄEt con Äv: ÄEt = f(Äv)



La temperatura a medir son de tipo empírica. Por eso se escoge una función lineal, para mayor sencillez operativa:

ÄEt = k.Äv + b

Para establecer la escala debe hallarse k y b. Si establecemos estas constantes para una sustancia, para otra serán distintas, y si para un cuerpo adoptamos una escala lineal, para otro cuerpo no funcionará. Por eso se utilizará una sola sustancia y con ella se medirá el estado térmico de las otras por carácter transitivo.

La sustancia elegida es la que más dilata en estado líquido: el Hg (mercurio).

El recipiente en donde se dilatará será un capilar, la forma mas apropiada por permitir que se vea la más mínima variación de volumen, traducida en una variación de longitud ya que su sección será constante. Con este hacho, la función pasa a ser:

ÄEt = f(Äl)

Al capilar con Hg se le realiza la operación de sumergirlo en agua y hielo, es decir a la temperatura de cambio de estado de líquido a sólido, donde se sabe que permanece constante, y se marca la posición del Hg. Luego se lo sumerge en agua en ebullición, es decir a la temperatura de cambio de estado de líquido a gaseoso, donde se sabe que el estado térmico no varía, y allí se observará la dilatación del Hg, que tomará una nueva posición. Entre las dos marcas se realiza una división lineal, asignando a la marca inferior el valor de 0°C (cero grado centígrado o cero grado Celsius) y asignando a la marca superior el valor de 100°C ( cien grados centígrados o Celsius).

En la división lineal intermedia se asignan los distintos valores de la temperatura, quedando así conformada por convención la escala Celsius de temperaturas.

Esta escala de temperaturas es una escala empírica, dispuesta por convención y referida a los puntos de cambio de estado del agua destilada a 1 atmósfera de presión.



Existen otras escala empíricas, como la Farenheit.Escala absoluta de temperaturasLa temperatura empírica antes definida depende de la sustancia termométrica (Hg) y de la linealidad. Para independizarnos de esos factores impuestos arbitrariamente, definiremos la temperatura absoluta, que sólo dependerá del estado térmico del sistema.Para ésto usaremos gases ideales como sustancia termométrica, y agua destilada a 1 atm de presión como sustancia de referencia en sus puntos de fusión y ebullición, en el siguiente dispositivo, llamado termómetro de gas a volumen constante:



Para cada gas existirá una curva distinta, pero se verifica que cuando Pv tiende a cero, la función tiende al valor 1,366. Con este hecho, planteamos el siguiente sistema de ecuaciones:

Tv/Th = 1,366Tv-Th = 100

A bajas presiones, los gases reales tienen un comportamiento muy similar a los ideales. En lugar de utilizar las ecuaciones de la escala empírica, utilizaremos la ecuación de los gases ideales.

l im PVM = f(T)P->0

Fijando el volumen molar VM puedo medir las distintas presiones y definir una nueva escala. El procedimiento a seguir es el de hacer experiencias con distintas sustancias termométricas (distintos gases), y graficar para cada una la función:

Pv/Ph = f(Ph)

Pv: presión del gas en la temperatura de vaporización del agua.Ph: presión del gas en la temperatura de fusión del agua.



La segunda ecuación del sistema es dispuesta tomando una convención en forma tal que la diferencia entre la temperatura de ebullición y la de fusión sea de 100 unidades de medida. Para cualquier sistema, este estado térmico será compatible e independiente de la linealidad o de la sustancia.La resolución de esta última ecuación arroja los siguientes resultados (redondeados):

Th = 273 °K ó bien th = 0 °CTv = 373 °K ó bien tv = 100 °C

Comparación de escalas termométricas Para obtener las fórmulas de pasaje de una escala a otra, utilizamos proporciones, cuyos componentes los obtenemos del esquema de las equivalencias entre escalas.



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MANTENIMIENTO

DE

CALDERAS

TAREA 5TAREA 5TAREA 5TAREA 5TAREA 5TAREA 5TAREA 5



Verificar manometros

Verificar Valvulas de Seguridad

Verificar Tubos

Verificar Aislamiento de la Caldera

Extraer y Cambiar Empaquetaduras

Mantener el Hogar y Tapa

Elavorar Tarjetas de Mantenimiento Preventivo

01

02

03

04

05

06

07


OPERACIONESN°

PZA. CANT.

TIEMPO:

ESCALA:

HT


HOJA:

OBSERVACIONES

2004


MATERIAL

Mantenimiento de Calderas REF.

1/1

01 01

05

78

01 Juego de Destornilladores

01 Juego de Dados

01 Alicate Universal

01 Brocha

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OPERACIÓN: VERIFICAR MANÓMETROS

Manometros

Los instrumentos de la caldera son la "vida" del generador. hay que mantenerlos en buen estado.



VALVULAS DE SEGURIDAD

OPERACION: VERIFICAR VALVULA DE SEGURIDAD

Estas válvulas 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.Las válvulas de seguridad obedecen a múltiples diseños, materiales, dimensiones en función de su aplicación.



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OPERACION: VERIFICAR TUBOS

PASO 1 Verificar válvula principal de vapor

VALVULA PRINCIPAL DE VAPOR

El sistema de tuberías no debe tener fugas, esto ocasionaria perdidas, por lo tanto tenemos que verificar periodicamente



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OPERACIÓN: Verificar aislamiento de la calderaOPERACIÓN: Extraer y cambiar empaquetadurasOPERACIÓN: Mantener el hogar y la tapa

BOMBAS DE AGUA

NIVELES ÓPTICOS

CHIMENEA

PASO 2: Verificar valvulas de purga

VALVULA DE PURGA



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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DE UNA CALDERA

1. OBJETIVOS

La Objetivo más importante es el buen funcionamiento de la caldera; el cual se cumple con un programa de mantenimiento. Estableciéndose dicho programa se tendrá la seguridad de que la caldera funcionara con un mínimo de paradas costosas; será más económica y evitara los altos costos de reparación.

2. MANTENIMIENTO DIARIO

01. Hágase una completa inspección de la sala de caldera, revisando las tuberías y válvulas para observar la presencia de fugas, obsérvese si algún elemento (Controles, motores, bombas), funciona de manera anormal.

02. Purgue la caldera con regularidad de acuerdo a los requisitos. El número y frecuencia de las purgas depende de la cantidad de agua de alimentación y debe ser determinado por un especialista en tratamiento de agua.

El procedimiento correcto de la purga es el siguiente:

Si es posible, coloque el interruptor de control del quemador en la posición "OFF". Si la caldera debe permanecer en servicio, coloque el control de combustible a la mínima capacidad de combustión.

Coloque el interruptor de control de la bomba de alimentación en la posición "MANUAL" y aumente el nivel de agua hasta la mitad del nivel visible.

Abra la válvula de purga de fondo, primero poco a poco y luego por completo, sígase la purga hasta que el nivel de agua baje a su nivel normal, aproximadamente dos (2) pulgadas en el nivel visible. Cierre la válvula de purga; en unidades equipas con válvulas de cierre rápido, abra primero ésta válvula y después la válvula "Y" (o de ángulo) y después la de cierre rápido. Cuando se esta purgando, "NUNCA" deje que desaparezca el agua del nivel visible.

03. (OPCIONAL, cuando la caldera tiene la purga de superficie). La espuma de la superficie debe ser purgada a diario por la purga de la superficie. (Caldera de vapor).

04. Purgue la columna de agua (en las calderas de vapor) varias veces al día o cuando menos una vez por turno, abriendo la válvula de la purga de la columna de agua aproximadamente por cuatro (4) segundo. Esto mantendrá las conexiones de la columna de agua libre de lodos y



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sedimentos que pueden ocasionar fallas en dicho control, EL QUÍMICO DARÁ EL CORRECTO MANEJO SEGÚN EL CASO.

05. Purgando la columna de agua con la caldera prendida en "FUEGO BAJO" se puede probar en funcionamiento del corte por bajo nivel. Nunca deje que desaparezca el agua del nivel visible.

06. Verifique la lubricación del compresor de aire puede ser que no sea necesario a diario pero más vale incluirlo en el programa diario.

07. Mantenga limpia la sala de caldera. La pelusa, el polvo y la arena son causas del mal funcionamiento de estos controles de la caldera.

08. Cuando arranque la caldera, cerciórese de que el encendido sea correcto y de que el quemador complete su ciclo de encendido perfectamente. En el termómetro de la chimenea, verifique la temperatura de la chimenea diario, esto dará un buen indicio de la limpieza de los tubos.

09. Revise las condiciones del fuego visualmente.

10. Revise la alimentación de los productos químicos empleados en el tratamiento de agua de alimentación.



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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO MENSUAL

01. Limpie con cuidado el polvo de los controles eléctricos y revise los contactos de los arrancadores. Cerciórese que el interruptor general este desconectado antes de hacer la limpieza, mantenga siempre cerrada la puerta del Tablero Eléctrico de control a menos que se haga algún trabajo en los controles eléctricos.

02. Limpie el filtro de combustible con la frecuencia que exijan las condiciones. Siempre que limpie el filtro cerciórese de que el empaque de la tapa este en su lugar correcto y no se encuentre maltratado.

03. Limpie los filtros de agua de alimentación de la caldera.

04. Vacíe el tanque de alimentación de la caldera (tanque de condensado). Quite la válvula flotadora y revise el interior del tanque para ver si hay sedimentos. Lave bien el tanque. Compruebe el funcionamiento de la válvula flotadora y vuelva a colocarla en su lugar.

05. Engrase los motores (si llevan graseras)

06. Desmonte y limpie el conjunto del quemador.

07. Revise los empaques de la bomba de alimentación. Los casquillos del empaque no se deben apretar demasiado. Debe haber siempre un ligero goteo de los casquillos (si esta los usa)

08. Desmonta el conjunto de la boquilla. No se debe limpiar la boquilla con instrumentos metálicos. Revise el empaque de caucho interior de la boquilla y reemplácelo si esta desgastado. Si usa papel de lija, éste debe ser de grado fino.

09. Revise el electrodo del incendio y vea si la apertura es correcta; limpie el conjunto y revise el aislamiento para ver si no está roto, vea la sección en donde se muestra el encendedor y el electrodo

10. Revise el estado de la cámara de combustión y refractario.

11. Revise los tornillos de anclaje de los motores y bombas

12. Compruebe la alineación de la bomba de alimentación con su motor por medio de un indicador de carátula. Si la bomba se ha desalineado, causará una fuerte vibración y gastará muy pronto el empaque del acople.



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13. Verifique el estado de todas las trampas de vapor en el sistema de retorno de condensado. Las trampas defectuosas no sólo malgastan el vapor si no que también causan bloqueo por vapor debido a la alta temperatura de los condensados.

14. Quite el tapón de la cruz situada bajo la columna de agua y limpie el sedimento que pueda haber en el tubo que entra a la caldera. Esto sólo se podrá hacer cuando la caldera esté fría y el nivel de agua de la caldera debajo de la conexión.

15. Limpie la malla de entrada de aire al ventilador con la frecuencia que las condiciones requieran.

16. Quite el filtro del compresor de aire (si lo lleva la unidad) y limpie bien con gasolina, deje que se seque bien antes de volverlo a usar.

Puede ser que requiera un limpieza más frecuente, dependiendo de las condiciones locales.

17. Verifique el funcionamiento de las válvulas de seguridad; para esto, mientras la caldera se encuentra en operación y al mínimo de combustión, cierre las válvulas de salida de vapor, aumente el ajuste del control de límite de alta presión hasta un punto que exceda el indicado en las válvulas de seguridad. Las válvulas deben descargarse a una presión no mayor de 3% de la presión de diseño. Después de la prueba ajuste nuevamente el control de límite de alta presión a su valor normal.

18. Revise la tensión de las correas en "V”



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MANTENIMIENTO SEMESTRAL

01. Revise el lado de agua de la caldera. Deje que la caldera se enfríe por completo y deságüela. Quite las tapas de inspección de mano y la tapa de inspección de hombre y lave bien con agua la caldera, usando una manguera de alta presión. Aplique el chorro de agua por las aberturas de arriba y de abajo para cerciorarse que toda la incrustación y sedimentos salgan del casco. Quite el tapón de la cruz situado bajo la columna de agua y limpie el tubo que entra en la caldera.

02. Después de lavar la caldera, examine con cuidado las superficies de evaporación, para ver si hay indicios de corrosión picadura o incrustación. Cualquier indicio de estas condiciones denota la necesidad de dar mejor tratamiento de agua a la caldera. La mejor manera de impedir la incrustación, picadura o corrosión, es someter periódicamente el agua a un análisis por un buen especialista de tratamiento de aguas y tratar el agua de acuerdo con sus recomendaciones.

03. Al volver a colocar las tapas de inspección de mano y la tapa de inspección de hombre, ponga los empaques nuevos. Antes de colocar los empaques, limpie los residuos de las juntas viejas, los asientos de las tapas y el casco de la caldera.Aplique grafito en polvo a las juntas para facilitar su cambio la próxima vez que se destape la caldera.

04. Mientras la caldera está parada, revise las válvulas, llaves y grifos. Rectifique los asientos de las válvulas y reempaque los vástagos de las válvulas donde sea necesario.

05. Si es necesario cambiar las correas en "V", preste atención a los siguientes detalles cuando use un nuevo juego.

Afloje los pernos de sujeción del motor y reduzca la distancia entre las poleas del ventilador y del motor para quitar las correas viejas.

Antes de instalar el nuevo juego de correas, verifique la alineación de las poleas. Los ejes deben estar paralelos y los centros de los canales de ambas poleas en perfecta alineación.

Nunca use correas nuevas y usadas en el mismo juego. Haga el cambio con juego nuevo de correas que coincidan.

Reduzca la distancia entre los centros y coloque las correas en las poleas. Las correas nunca deben ser forzadas o dar vueltas al colocarlas en las ranuras de las poleas.



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Antes de templar las correas, cerciórese de que el juego de todas las correas se encuentre concentrado en el mismo lado.

Excesiva tensión de las correas reduce su duración y causa sobrecalentamiento y fallas prematuras de los cojinetes. La tensión de las correas se puede probar haciendo presión en ellas con un dedo. Debe poderse comprimir de 1" a 1 ¼”

Después de un funcionamiento de estreno de unas 36 horas, se debe revisar la tensión.

06. Para volver a poner la caldera en servicio, llénese de agua hasta el nivel apropiado; empiece a subir lentamente la presión, y con una llave, ajústense las tapas de los agujeros de inspección y de acceso, a medida que la temperatura se incremente.

07. Limpie el lado de fuego de los tubos, la eficiencia de la caldera depende en gran parte de una superficie limpia de los tubos. El hollín que actúa como aislador y evita loa absorción del calor de los tubos por el agua que los rodea. Los tubos deben limpiarse cada seis (6) meses o cuando lo indique la alta temperatura de la chimenea o la baja producción de vapor.

08. HERVIDO DE LA CALDERA

Oleaje en el nivel visible es indicio de aceite y grasa en el agua de alimentación lo cual en perjudicial para una caldera. Tan pronto como sé note dicho oleaje debe "HERVIRSE" la caldera. Proceda con lo siguiente:

Disuelva en agua caliente una libra de soda cáustica y una libra de fosfato trisódico por cada 100 gls. de agua de la caldera. Quite las válvulas de seguridad y vierta está solución por una de las conexiones de ellas.

Llene la caldera por completo y conecte una manguera en la conexión de la válvula de seguridad que llegue al drenaje; caliente despacio la caldera y déjela hervir sin permitir que levante la presión. Mantenga esta temperatura durante dos horas. Entonces vacié la caldera y lávela perfectamente con un chorro de agua a presión. Antes de cerrar la caldera examine la condición de los tubos y de la caldera para ver si no existen signos de aceite o grasa. Cierre la caldera y prepárela para el arranque.



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MANTENIMIENTO ANUAL

El programa de mantenimiento anual incluye los puntos de chequeo del programa de mantenimiento semestral.

01. Cambie la empaquetadura de la bomba de alimentación si se necesita.

02. Si hay facilidad de revisar los motores, proceda a lo siguiente:

El mantenimiento de los motores es un trabajo para personal entrenado, de allí que, si no hay personal experimentado, más vale dar este trabajo a un taller de servicio digno de confianza. Desarme los motores por completo, limpíese completamente y pruébese los aislamientos. Las bobinas deben ser sopladas con aire comprimido de 26 Lbs. por pulgada cuadrada. Cualquier deposito de aceite o grasa en las bobinas debe ser quitado y éstas limpiadas perfectamente con tetracloruro de carbono o algún solvente similar. Tenga cuidado de no empapar las bobinas. Nunca use tetracloruro en un cuarto cerrado, pues los vapores son peligrosos en locales mal ventilados.

03. Tapón fusible (cuando exige el código local). Cambie el tapón fusible de agua que está ubicado en el espejo (inglés: tube sheet) aproximadamente una pulgada arriba de la hilera superior de los tubos. El tapón fusible está enroscado en el espejo por el lado de fuego. Se fabrica según las especificaciones de la A.S.M.E. y tiene un cuerpo de metal fundible con un punto de fusión aproximado de 450° F. Si llegara a fundirse este tapón debido a una condición de bajo nivel de agua, debe examinarse perfectamente el interior de la caldera antes de volver a arrancarla. Cuando se cambie dicho tapón fusible debe ponerse grafito en la rosca con objeto de que se pueda quitar fácilmente la próxima vez que se cambie.



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GUIA DE IDENTIFICACIÓN DE FALLAS

1. FALLAS EN EL ARRANQUE

A) El Ventilador y el Quemador no arranca

CAUSAS POSIBLES:

Bajo nivel de agua.

Sugerencia:

Verificar la operatividad de la Bomba de agua. Verificar el nivel de agua en ei Tanque de Alimentación de agua. Llenado de la Caldera de agua mediante la acción manual en le

Tablero eléctrico. Verificar la Columna de Agua, adicionalmente realizar un prueba

manual en las ampollas de mercurio, accionando la bomba. Verificar la completa hermeticidad de la Caldera, en la parte de

purgas de la misma.

B) Falla en el suministro de energía Eléctrica

Sugerencia:

verificar la posición de los interruptores principales, interruptores y fusibles; repararlos o sustituirlos según el caso.

C) Interruptor de Control Manual Defectuoso, o en posición "OFF".

Sugerencia :

·Asegurarse de que el interruptor de control manual este en la posición "ON"; verificar su estado y repararlo o reemplazarlo, según el caso.

D) Controles de operación o Controles de Condiciones Limite Defectuosos o Desajustados (Control de Presión, Termostato, etc.)

Sugerencia:

Verificar que existan buenos contactos, ajustados si es necesario, repararlos o reemplazarlos, según sea el caso.



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E) Fusibles Defectuosos en el Tablero Eléctrico

Sugerencia :

Reemplazar los fusibles.

F) Voltaje Demasiado Bajo o Demasiado Alto. Sugerencia:

Asegúrese de que el voltaje sea el correcto en los terminales en el Tablero Eléctrico de la Caldera.

Verificar el voltaje en la línea principal.

G) Los Relé Térmicos del Ventilador o del Compresor se alteran Sugerencia :

Verificar el voltaje, los fusibles y determinar las razones por las cuales existen sobrecarga tales como tensión de fajas, fallas mecánicas, etc.

Reparar los elementos defectuosos.

H) Contactos Eléctricos Defectuosos. Sugerencia :

Verificar y ajustar todos los contactos eléctricos.

I) Los Mecanismos de Modulación de Fuego Alto y Bajo no se encuentran en la posición adecuada de fuego bajo.

Sugerencia :

Asegúrese que los mecanismos y el motor que los acciona no han sufrido daño.

Chequear la posición del interruptor de arranque con fuego bajo

J) Controles de Seguridad y Regulación Defectuosa o Desajustados ( tales corno control de presión alta o baja, controles de temperatura, controles de presión de aire)

Sugerencia:

Determinar las causas por las cuales el control no esta cumpliendo sus funciones y ajustarlo, repararlo o reemplazarlo según el caso.



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k) Control Principal de Combustión en posición "OFF" o Defectuoso

Sugerencia:

Cerrar el circuito de control.. Chequear los contactos, reparar o reemplazar.

2. FALLAS EN EL ENCENDIDO

A) El Ventilador y el Quemador arrancan pero no se inicia la llama principal.

CAUSAS POSIBLES:

Chispa de Ignición Defectuosa.

Sugerencia:

Ajustar en forma adecuada la distancia del electrodos para que salte la chispa.

Remover el carbón y limpiar el aislamiento de porcelana. Verificar el transformador. Chequear cables y alambres buscando interrupciones del circuito.

B) No hay Flujo de Petróleo Sugerencia :

Verificar la presión de suministro de petróleo y que todas las válvulas estén abiertas en el momento de la ignición.

C) Válvula Solenoide Defectuosa Sugerencia:

Rectificar el funcionamiento de la Válvula. Verificar las conexiones eléctricas

D) Control de Combustión Defectuoso.

Sugerencia :

Comprobar los contactos del control, relés, y efectividad de las conexiones.



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E) Suministro de Aire Inadecuado.

Sugerencia:

Verificar la regulación de aire de encendido, limpiar los conductos de aire, etc.

F) Temperatura o Presión Inadecuadas en el Combustible o controles de Regulación Desajustados o defectuosos.

Sugerencia:

Verificar todos los controles de presión y temperatura en la Línea de Combustible ajustarlos o reemplazarlos.

G) Dosificación Incorrecta de Aire Primario y Secundario. Sugerencia:

Comprobar el suministro de aire primario y secundario. Verificar la posición del mecanismo del sistema de modulación o del

sistema de fuego alto y bajo.

3. FALLAS EN LA LLAMA PRINCIPAL DURANTE EL ARRANQUE

A) Se enciende la llama principal pero falla luego de un periodo que puede ir desde unos pocos segundos hasta mas de un minuto.

CAUSAS POSIBLES :

Ajuste Defectuoso del suministro de aire o combustible.Se reconoce por el sonido irregular o por las pulsaciones de sonido o por condiciones no usuales en los humos.Sugerencia:

Comprobar el suministro de aire primario y secundario. Verificar el suministro de combustible. Si existe sistema de modulación de combustión o de fuego alto y

bajo, chequear el estado del mecanismo correspondiente. Verificar el sistema de control de flujo de combustible buscando

irregularidades en presión o temperatura. Verificar el estado de limpieza de válvulas, filtros y reguladores de

presión.



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B) Control de Combustión Defectuoso. Sugerencia:

Inspeccionar el control de combustión, asegurándose de que los contactos estén ajustados, de la buena operación del relé y de la limpieza del conjunto.

Si se usa control de seguridad electrónico, verificar el sistema de detección de llama en cuanto a posición y limpieza.

4. FALLA DURANTE LA OPERACIÓN

A) La caldera se apaga en condiciones normales de operación.

CAUSAS POSIBLES :

Combustión pobre o inadecuada.

Sugerencia :

Comprobar la dosificación de aire y combustible y los mecanismos del sistema de modulación.

Verificar la presión y temperatura del combustible en busca de irregularidades.

Observar si el suministro de combustible es constante y correcto.

B) Condiciones de Bajo Nivel de Agua.

Sugerencia:

Asegúrese de que el nivel del agua llega al punto normal en el vidrio visor.

Verificar completamente el sistema de alimentación de agua y los controles de nivel.

Si el nivel fluctúa en forma indebida, verificar el tratamiento de agua.

C) Halla en el suministro de Energía Eléctrica.

Sugerencia:

Chequear los "switches" de la línea, los fusibles o interruptores.




Observar si existen fluctuaciones de voltaje. Determinar si existen interrupciones en los cables eléctricos

ocasionados por vibraciones o calentamiento. Veranear todos los terminales y conexiones eléctricas.

D) El Arranque de los motores ocasiona sobrecarga que saltan los

"switches" a la posición "OFF".

Sugerencia:

Verificar si existen variaciones en el voltaje. Observar si hay sobrecarga en el motor causada por fajas,

desperfectos de rodamientos etc., y defectos mecánicos. Reparar o reemplazar las partes defectuosas.

E) Control de Combustible Defectuoso

Sugerencia:

Observar si hay vibración o calentamiento que afecte el control. Observar si los contactos del control están sucios o no están

convenientemente ajustados. Chequear si el relé opera correctamente. Observar si el detector electrónico de llama presenta deterioro y

verificar posición y limpieza.

NOTA:En el proceso de reiniciar la caldera, el factor que ocasiono la parada a menudo se manifiesta claramente y podrá ser analizado y corregido é investigado ordenadamente



GUIA PARA PONER EN MARHA LAS CALDERAS PIROTUBULARES

SISTEMA DE COMBUSTIBLE

Cerrar los switches de corriente eléctrica para motores y controles. Revisar que los botones pulsadores de los arranques en el tablero, estén

en posición de marcha. Verificar que las válvulas de suministro y retorno de combustible estén

abiertas y poner la válvula de tres vías en posición de retorno. Poner el switch de Control de Quemador en posición de Bomba de

Aceite; en esta forma comienza a funcionar la bomba de combustible. Una vez que el manómetro del sistema de combustible (en el quemador)

indique una presión estable, y superior a 30 PSI, poner la válvula de tres vías en posición de recirculación.

Poner el switch de Precalentador Eléctrico, en posición ON.

NOTA: Nunca debe poner en funcionamiento el Precalentador Eléctrico, hasta que no haya presión en el sistema de combustible.

La temperatura del combustible es indicada por el termómetro del sistema, (en el quemador) y tiene que llegar a 200 - 210°. Dicho calentamiento tardará aproximadamente una hora.

SISTEMA DE COMBUSTIBLE

Revisar el nivel de agua en el Desaireador o tanque de condensado y abrir las válvulas de la línea de éste a la bomba y a la caldera.

Comprobar que los grifos del nivel visible en la Columna de Control de Nivel estén abiertos y abrir los tres grifos de purga de la misma, para expulsar el aire que puede haber dentro de la Caldera.

Poner el switch de Bomba de Alimentación en posición Automático, en ésta forma el nivel de agua llegará a su punto normal (3 1/2" - 4" aproximadamente desde la parte inferior del nivel visible).Las válvulas de purga y la válvula de salida principal de vapor deben estar cerradas.El grifo superior de prueba de la columna de agua debe permanecer abierto hasta que empiece a salir vapor, luego Cerrarlo.

ENCENDIDO

Revisar que haya Diesel o Gas, y que las válvulas del cilindro y de la línea al quemador estén abiertas.

Oprimir el resest del relay de control auxiliar de nivel de agua.



Cuando la temperatura del combustible se eleve por lo menos hasta 190 °F se puede poner en marcha el quemador, colocando el switch de Control del Quemador en posición Automático y el switch de Control de Modulación en posición Fuego Bajo Hecho lo anterior, comienza a funcionar el ventilador y el compresor, asimismo el manómetro del sistema de aire de atomización (en el quemador) indicara entre 9 y 10 PSI aproximadamente.A 35 segundos aparece la llama de Diesel y Gas . Y aparecerá luz piloto de Encendido.A 45 segundos aparece la llama de combustible y la luz piloto de Válvula de Combustible se encenderá. La presión en el manómetro del sistema de aire de atomización será entre 11 - 12 PSI aproximadamente.A 60 segundos la llama Diesel o gas se apaga lo mismo que el piloto de Encendido.

En ésta condiciones funciona la caldera en fuego bajo, hasta que la presión de vapor llegue a 50 PSI aproximadamente.

Revisar que la línea de vapor al calentador de combustible de serpentín en la caldera, está abierta.

Cuando la caldera tenga de 40 a 50 PSI de vapor se pone el switch de Control de Modulación, en posición Modulación, en esta forma funcionará la caldera en fuego alto hasta que la presión llegue al 85% aproximadamente de la presión de trabajo y luego ira pasando lentamente a fuego bajo hasta que la presión llegue al 95% de la presión de trabajo. Así seguirá funcionando hasta llegar a la presión de trabajo a la cual se ha graduado el control de presión (Presuretrol); momento en el cual se apaga la llama de combustible lo mismo que la luz piloto de la válvula de combustible.

NOTA: El ventilador y el compresor seguirán funcionado y quedarán parado después de 15 segundos de haberse apagado la llama.La presión en el manómetro del sistema de combustible es variable dependiendo ésta de la capacidad de la caldera.

La válvula principal de salida de vapor se debe abrir lentamente cuando la presión llegue al 80% aproximadamente de la presión de trabajo.

IMPORTANTE

La luz del Precalentador Eléctrico se encenderá cada vez que el control de temperatura conecte la resistencia de dicho calentador.

El botón de reposición (Reset) del control eléctrico, generalmente en la parte superior derecha del tablero, habrá que oprimirlo cada vez que se haya presentado una falla, en el sistema de encendido o en la combustión y haya



funcionado el sistema de alarma.

El botón de reposición (Reset) del control de nivel, habrá que oprimirlo cuando el nivel de agua en la caldera haya bajado de su punto mínimo y haya funcionado el sistema de alarma (nivel mínimo entre 1" 11/2" aproximadamente) de la parte inferior del nivel visible.

Las purgas de los controles de nivel habrá que hacerlas al menos una vez cada turno, y se harán cuando el quemador esté prendido. Al hacer dichas purgas la llama se apagará y el sistema de alarma funcionara, comprobando de ésta manera el buen funcionamiento de éstos controles.

El switch de Bomba de Alimentación tiene posición Manual que será usada solamente para pruebas como lavados etc.

PARA APAGAR LA CALDERA

Poner el switch de Control de Quemador y PrecalentadorEléctrico en posición OFF.

Esperar el tiempo necesario para que la presión de la Caldera llegue a cero y a continuación cerrar la válvula de entrada de agua a la bomba de alimentación.

Abrir los switches de corriente eléctricas de motores y controles. Cerrar la válvula del cilindro de Diesel o gas.




HOJA DEHOJA DETRABAJOTRABAJOHOJA DETRABAJOHOJA DE HOJA DE TRABAJOTRABAJOHOJA DE HOJA DE TRABAJOTRABAJO



MEDIOMEDIOAMBIENTEAMBIENTE

MEDIOAMBIENTE




CONTROL DE EMISIONES

Las técnicas de control para los contaminantes de la combustión de combustibles derivados de petróleo, pueden ser clasificados en tres grandes categorías:

Alteración o sustitución de combustibleModificación de la combustiónControl post-combustión

La sustitución de combustible, reduce el dióxido de azufre o el NOx e involucra quemar un combustible con un menor contenido de azufre o nitrógeno respectivamente. La emisión de partículas será en general reducida cuando se utilice un combustible más liviano. La alteración del combustible de petróleos pesados, incluye mezclar agua y combustible, usando agentes emulsificadores para mejorar la atomización y reducir la temperatura de combustión. Bajo estas condiciones las emisiones de NOx, CO y material particulado pueden ser reducidos significativamente.Las modificaciones de combustión incluyen cambios en operaciones físicas en el hogar de la caldera y es aplicado principalmente con el propósito de controlar el NOx. En unidades pequeñas alguna reducción de material particulado puede ser obtenida mediante buenas practicas de combustión.

Los controles post-combustión, son sistemas y dispositivos que actúan después de producirse la combustión y son aplicados para controlar las emisiones de material particulado, dióxido de azufre y NOx.

El control de las emisiones del material particulado generalmente se da con un adecuado mantenimiento del quemador y asegurando una adecuada atomización del combustible y buena aerodinámica para la combustión.

La optimización de la aerodinámica de la combustión usando un dispositivo de retención de llama o la recirculación es considerada como una medida efectiva que consigue tres metas:

Reducir las emisiones de material particulado Reducir las emisiones de NOx Aumentar la eficiencia térmica

Las calderas de mayor tamaño generalmente están bien diseñadas y buenas practicas de mantenimiento, hacen que el hollín y las emisiones de compuestos orgánicos condensables sean mínimas. Las emisiones de material particulado son



Principalmente el resultado de la emisión de cenizas volátiles con compuestos de carbono. Así, controles post-combustión o alteración y sustitución de combustible pueden reducir las emisiones de material particulado.

Los colectores mecánicos son dispositivos de control que prevalecen y son principalmente utilizados en el control de partículas generadas durante el soplado del hollín, o cuando un combustible muy sucio y pesado es quemado. En estas situaciones un colector ciclónico de alta eficiencia puede capturar arriba del 85% de las partículas. Bajo condiciones de combustión normales o cuando un combustible más limpio es quemado los colectores ciclónicos no son muy efectivos debido a que un alto porcentaje de las partículas son demasiado pequeñas (menos a 3 mieras de diámetro).

Los precipitadores electrostáticos son comúnmente utilizados en plantas generadoras de energía eléctrica. Precipitadores usualmente pequeños típicamente remueven entre un 40 y 60% de las partículas emitidas, y son aplicables a combustibles con bajo contenido de cenizas.Un sistema de lavado también puede ser instalado en calderas que queman derivados de petróleo para controlar tanto el oxido de azufre como las partículas. Estos sistemas pueden recolectar el dióxido de azufre removiéndolo hasta un 90 a 95% y controlar la emisión de partículas con un eficiencia de entre 50 y 60%.

La alteración del petróleo pesado mediante su mezcla con agua y un agente emulsificador puede reducir la cantidad de material particulado emitido significativamente. Para el control de la emisión de dióxido de azufre, se utilizan procesos de desufurización de gases de post-combustión usando reactivos alcalinos para absorber el S2O de los gases de combustión y producir compuestos de sulfato de calcio o de sodio, estos compuestos sulfatados sólidos son luego removidos por un equipo corriente abajo.

La tecnología para la desulfuración de gases de combustión están categorizadas en secos, semi secos y húmedos, dependiendo del estado en el cual se encuentren el reactivo cuando este deja el recipiente absorbedor. En la actualidad los sistemas húmedos son los más comúnmente aplicados. Los sistemas húmedos generalmente usan lodos alcalinos como medio absorbente del SOx y pueden ser diseñados para remover más del 90% del SOx contenido.

En calderas que queman petróleo crudo o residual, el control del NOx asociado al combustible es muy importante en relación al grado deseado de reducción, considerando el NOx del combustible típicamente es el 60 a 80 % total del NOx formado.



La conversión del nitrógeno del combustible a NOx es altamente dependiente de la relación aire / combustible en la zona de combustión y en contraste a la formación del NOx térmico, es relativamente insensible a los pequeños cambios en temperatura de la zona de combustión. En general el aumento de la relación aire / combustible y incrementa la conversión nitrógeno, la cual se torna en un incremento del NOx del combustible. Así, para reducir la formación del NOx asociado al combustible la modificación en las técnicas de combustión más común es la utilización de niveles de aire de combustión por debajo de la cantidad teórica requerida para una combustión completa.

La falta de oxígeno crea condiciones de reducción y con el suficiente tiempo a esta temperatura causa que el nitrógeno volátil del combustible se convierta a N2 antes que a NO. Variadas técnicas son usadas para reducir las emisiones de NOx de la combustión de un combustible derivado de petróleo.La sustitución de combustible consiste en quemar combustible de bajo contenido de nitrógeno, la alteración de combustible incluye la emulsificación de combustiblespesados con agua, adicionalmente a esto las técnicas primarias pueden ser clasificadas en:

Combustión y puede reducir entre un 40 y 50% la formación de Nox.

Control de combustión y Control de post-combustión

El control de la combustión reduce el NOx por supresión del NOx formado durante la combustión mientras que el control de post-combustión reduce las emisiones NOx después de su formación. Los controles de combustión son ampliamente mas usados para controlar la formación de NOx en todo tipo de calderas e incluye reducir el exceso de aire, un mejor servicio a los quemadores, la recirculación de gases y quemadores de bajo NOx, los métodos para control de post-combustión incluyen una reducción selectiva no catalítica y una reducción selectiva catalítica.Esos controles pueden ser usados separada o combinadamente para aumentar la reducción del NOx, la operación con un bajo exceso de aire, involucra la reducción de la cantidad de aire de combustión tanto como sea posible, mientras se mantenga una adecuada eficiencia y la operación de la caldera no se complique.

La formación del NOx es inhibida porque una menor cantidad de oxígeno está disponible en la zona de combustión. Estos métodos pueden cambiar la normal operación de la caldera y la efectividad de una caldera especifica.



La implementación de esas técnicas puede, sin embargo reducir la flexibilidad de la operación de la caldera, sin embargo esto puede significar una reducción del 10 al 20% de las emisiones de NOx.

La recirculación de gas de combustión involucra la extracción de una porción de los gases de combustión en la sección del economizador o calentador de aire y retornarlo al hogar. Este método reduce la concentración de oxígeno en la zona de Nox.


BIBLIOGRAFÍA

Impactoópicos Ambiental de la Operacionde Calderos Industriales

Operacion y Control de Calderos Industriales

Calderos Automaticos Compuestos

Mantenimiento de Generadores de Vapor

Ing. Fernando JimenezUgarte.Pontificia Universidad Catolica del Peru

TECSUP

ADITIVOS S.A. IngenierosCurso de Capacitacion



Electronis Service Industrial S.R.L. 2001

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AÑO DE EDICIÓN2004

CÓDIGO DEL MATERIAL

mantenimiento de calderos parte ii

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