PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA CALDERA

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA CALDERA

El agua de alimentación que va a la caldera es almacenada en un tanque o cámara de agua (nombre que se le da al espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera) con capacidad suficiente para atender la demanda de la caldera, así una válvula de control de nivel mantiene el tanque con agua, a su vez una bomba de alta presión empuja el agua hacia adentro de la caldera por medio de tuberías (tubos), al tiempo que, se da la combustión en el horno u hogar, esta es visible por el funcionamiento del quemador en forma de flama, el quemador es controlado automáticamente para pasar solamente el combustible necesario (el combustible puede ser solidó, liquido o gaseoso, dentro de los mas conocidos se encuentran el carbón, el combustoleo, y el gas), la flama o calor es dirigida y distribuida a las superficies de calentamiento o tuberías donde la energía térmica liberada en el proceso de combustión se transmite al agua contenida en los tubos (en algunos casos el agua fluye a través de los tubos y el calor es aplicado por fuera a este diseño se le conoce como Acuotubular, en otros casos los tubos están sumergidos en el agua y el calor pasa por el interior de los tubos a este diseño se le conoce como Pirotubular, estos dos diseños de calderas son los mas utilizados) donde por medio de los procesos de radiación, conducción y convección el agua se transforma en vapor, dicho vapor es conducido por tuberías a los puntos de uso o puede ser colectado en cámaras para su distribución; en la parte superior de la caldera se encuentra una chimenea la cual conduce hacia afuera los humos o gases de la combustión; en el fondo de la caldera se encuentra una válvula de salida llamada purga de fondo por donde salen del sistema la mayoría de polvos, lodos y otras sustancias no deseadas que son purgadas de la caldera.
En conjunto en la caldera existen múltiples controles de seguridad para aliviar la presión si esta se incrementa mucho, para apagar la flama si el nivel del agua es demasiado bajo o para automatizar el control del nivel del agua. 

Tipos de calderas

 

Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación.

Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape. No confundir esta definición con la de un intercambiador de calor.

MANTENIMIENTO QUINCENAL. Por el operador de la caldera.

1. Hacer limpieza de todos los filtros de agua, aceite combustible y aceite lubricante. 
2. Probar la operación por falla de flama. 
3. Revisión a las condiciones del quemador, presión, temperatura, etc. 
4. Checar los niveles de entrada y paro de la bomba, haciendo uso de las válvulas de purga de fondo de la caldera. 
5. Asegúrese que la fotocelda est~ limpia, así como el tubo en donde se encuentra colocada.

             Equipos auxiliares

Las Bombas de Refuerzo Clayton asegurarán que se mantenga el NPSH mínimo para la Bomba Clayton principal donde el tanque de condensados está montado a bajo nivel. Las Bombas de Refuerzo se seleccionan en función de las características de los generadores suministrados.

Los Tanques de Purgas Clayton están diseñados para procesar de forma segura los flujos de los sistemas de purga manual u automática del Generador de Vapor Clayton. Los tanques de purgas pueden ser suministrados con sistemas de enfriamiento de descargas si fuese necesario.

Los Productos Químicos de Tratamiento de Agua Clayton están formulados especialmente para mantener las condiciones correctas de agua y proteger el Sistema de Generación de Vapor Clayton. El uso de estos productos químicos garantiza un funcionamiento sin problemas y una larga vida del equipo. Los productos químicos están disponibles en forma líquida o en polvo y se dosifican fácilmente utilizando los Sistemas de Dosificación


                                                            

            Normas oficiales que regulan el funcionamiento de calderas

http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5172571&fecha=27/12/2010

SEGURIDAD EN CALDERAS:

Prueba hidráulica

El establecimiento que emplee aparatos sometidos a presión interna, deberá colocar en los lugares afectados, instrucciones escritas de maniobra y esquemas gráficos de instalación de cada equipo.
Se entiende como aparato sometido a presión interna, a todo recipiente cerrado (Caldera, Caldereta, Calentador, Horno, etc.), que pueda generar en su interior una presión mayor que la atmosférica y a todo equipo (Compresor, tubos de gases comprimidos, etc.), que permita comprimir y acumular en su interior, un fluido también a una presión mayor que la atmosférica.
De acuerdo a las prescripciones, los esquemas gráficos de instalación, deberán indicar en forma bien visible los dispositivos de seguridad y el detalle de maniobras especificará tres condiciones:

a)    Detallar las maniobras correctas de operación.

b)    Detallar prohibiendo todas aquellas maniobras que no deben efectuarse.

c)    Detallar indicando especialmente que se debe realizar en caso de riesgo ó avería.

Dichas instrucciones deben ser concordantes con las estipuladas por el fabricante del aparato o lo que al respecto señale la autoridad competente. Todas las personas encargadas del manejo de los aparatos deberán cumplir con los requisitos previstos y deberán ser instruidos previamente a la toma de servicio por el establecimiento.
El Decreto Nº 351/79, especifica en su Art. 140 que: “Las calderas, ya sean de encendido manual o automático, serán controladas e inspeccionadas totalmente por lo menos una vez al año por la empresa constructora o instaladora y, en ausencia de estas, por otra especializada, la que extenderá  la correspondiente certificación, la cual se mantendrá  en un lugar bien visible.
Cuando el combustible empleado sea carbón o leña, no se usarán líquidos inflamables o materias que puedan causar explosiones o retrocesos de llamas. Iguales condiciones se seguirán en las calderas en las que se empleen petróleo, sus derivados o gases combustibles.
Los reguladores de tiro se abrirán lo suficiente para producir una ligera corriente de aire que evite el retroceso de las llamas. Siempre que el encendido no sea automático se efectuara  con dispositivo apropiado. Cuando entre vapor en las tuberías y en las conexiones frías, las válvulas se abrirán lentamente hasta que los elementos alcancen la temperatura prevista. Igual procedimiento deberá  seguirse cuando deba ingresar agua fría a tuberías y conexiones calientes.
Cuando la presión de la caldera se aproxime a la presión de trabajo, la válvula de seguridad se probará a mano. Durante el funcionamiento de la caldera, se controlará  repetida y periódicamente durante la jornada de trabajo el nivel de agua en el indicador, purgándose las columnas respectivas a fin de comprobar que todas las  conexiones estén libres.
Las válvulas de desagües de las calderas se abrirán completamente cada 24 horas y si es posible en cada turno de trabajo. En caso de ebullición violenta del agua de las calderas, la válvula se cerrará  inmediatamente y se detendrá  el fuego, quedando retirada del servicio la caldera hasta que se comprueben y corrijan sus condiciones de funcionamiento. Una vez reducida la presión de vapor, se dejarán enfriar las calderas durante un mínimo de 8 horas.
Las calderas de vapor deberán tener, independientemente de  su presión de trabajo, válvulas de seguridad y presostatos,  las cuales al llegar a valores prefijados deberán  interrumpir el suministro de combustible al quemador. Las calderas cuya finalidad sea la producción de agua caliente, independientemente de los valores de temperatura de trabajo, deberán poseer acuastato, los que interrumpirán el suministro de combustible al quemador, cuando la temperatura del agua alcance ciertos valores prefijados.
Cuando las calderas usen como combustible gas natural o envasado, deberán poseer antes del quemador dos válvulas  solenoides de corte de gas. Las mismas deberán ser desarmadas y limpiadas cada seis meses,  desmagnetizando el vástago del solenoide.
Las válvulas solenoides, los presostatos, acuastatos y  válvulas de seguridad que se usen deberán integrar en serie el circuito de seguridad, el cual estará  aislado térmicamente de la caldera. Este circuito deberá  probarse todos los días.
Cuando la combustión en el quemador se inicie con un piloto, ‚este deberá  tener termocupla que accione la válvula de paso de gas del propio piloto y las válvulas solenoides, de manera tal que al apagarse el piloto por acción de esta  termocupla se interrumpa todo suministro de gas al quemador  de la caldera.”

PRUEBA HIDRÁULICA DE CALDERA

Tiene por finalidad comprobar si la caldera puede resistir satisfactoriamente la presión de trabajo, observándose que no existan pérdidas, fisuras ni deformaciones permanentes.

Las pruebas hidráulicas son exigidas anualmente por las reparticiones encargadas de habilitarlas y siempre se realizan cuando se adquiere la caldera (como prueba de recepción) y cuando se llevan a cabo tareas de reparación.

Para efectuarla, la caldera se debe encontrar fría, totalmente llena de agua y bridadas ciegamente o taponadas, todas las conexiones al exterior.

Se debe aumentar lentamente la presión de la caldera inyectándose agua por medio de una bomba manual (se recomienda no aumentar la presión en más de 4 Kg/cm² por minuto) hasta alcanzar una vez y media la presión de trabajo (1,5 veces la presión de trabajo), así por ejemplo, si la caldera trabaja a 6 Kg/cm², se probará hidráulicamente a 9 Kg/cm².

Se abrirán las cajas de humos y todo otro acceso al interior de la caldera a fin de realizar la inspección ocular.

Concluido el ensayo, se disminuirá la presión lentamente y se procederá al armado para la puesta en marcha.

VERIFICACIÓN DE LOS ACCESORIOS

A.    MANÓMETRO: Se controlará su buen funcionamiento y calibración mediante un manómetro patrón.

B.    NIVELES: Deberán limpiarse o cambiarse.

C.    VÁLVULAS DE SEGURIDAD: Se procederá al desarmado, limpieza, esmerilado de los asientos y calibración.

D.    VÁLVULAS DE RETENCIÓN: Se controlará su buen funcionamiento.

E.    BOMBA DE AGUA: Se verificará con manómetro patrón que la presión del agua impulsada sea superior a la de trabajo de la caldera.

F.     TAPÓN FUSIBLE: Será verificado el metal interior, que no existan pérdidas o deposiciones de sarro. No se aconseja su rellenado.

G.   VÁLVULAS EXCLUSAS Y ESFÉRICAS: Se controlará su apertura y cierre hermético,

H.    AUTOMÁTICOS DE NIVEL: Verificaciones periódicas del estado de los electrodos y la ampolla de mercurio.

INCRUSTACIONES

Son los depósitos sobre las paredes de la caldera de sales que se encuentran disueltas en el agua, conocidas vulgarmente como sarro.

Fundamentalmente, son sales de calcio y magnesio que, por efecto de la ebullición del agua, precipitan y se adhieren a las paredes de la caldera.

Las incrustaciones depositadas en las paredes internas de la caldera son perjudiciales por cuanto:

a)    Disminuyen el rendimiento de la caldera, porque hacen de pared aislante a la transmisión del calor, por lo que ocasiona mayor consumo de combustible.

b)    Son altamente peligrosas, por cuanto pueden producir recalentamientos a la superficie metálica, que por un lado se encuentra en contacto con el fuego y por el otro lado, NO se encuentra en contacto con el agua.

Por otra parte, ese calentamiento puede producir un desprendimiento de la “cáscara” de sarro, poniendo en contacto violentamente el metal recalentado con el agua, produciéndose un fenómeno de ebullición instantánea localizada y generando un aumento instantáneo de presión en esa zona que puede producir una rotura y hasta una explosión.

La forma de impedir que se produzcan incrustaciones es alimentando la caldera con agua libre de sales o tratando de impedir su adherencia a las paredes.

Los métodos más conocidos son:

1.    Equipos de ablandamiento: Tratan el agua, antes de que ésta ingrese a la caldera, por medio de resinas dispuestas en 3 torres; son las encargadas de capturar los aniones y los cationes de las sales, por lo que se obtiene agua desionizada. Su colocación y mantenimiento es costoso.

2.    Aditivos Químicos: Tienen por objeto precipitar las sales al fondo de la caldera en forma de barros; se mezclan al agua de alimentación en el tanque intermediario. Actualmente se construyen calderas con bombas dosificadoras de productos químicos.

3.    Desalinizadores magnéticos: Estos equipos novedosos y eficaces trabajan con imanes permanentes o electroimanes, cambiándoles la estructura cristalina a las sales de tal forma que no tengan poder de adherencia a las paredes y precipiten al fondo. Actúan también sobre las incrustaciones ya depositadas, desprendiéndolas gradualmente de las paredes, Son económicos y no necesitan mantenimiento.

CORROSIONES

Es el ataque a las paredes metálicas de la caldera por el oxígeno o agentes químicos, produciendo debilitamiento de los espesores originales y disminuyendo su vida útil.

La corrosión en la caldera puede ser:

a)    Corrosión externa: Es la producida en los tubos y caja de humos porque algunos combustibles líquidos traen una consi­derable cantidad de azufre, que se deposita en el hollín. Al enfriarse la caldera se combina con la humedad, formando microgotas de ácido sulfúrico que atacan el metal.

b)    Corrosión interna: Se debe fundamentalmente al oxígeno disuelto en el agua o eventualmente al ácido carbónico del agua de recuperación que atacan la superficie del metal produciendo picaduras. Se combate agregando al agua sustancias antioxi­dantes o desaereando el agua de alimentación.

EL FACTOR DEL pH

Otro factor a tener en cuenta es el pH, que indica desde los límites 0 a 14, siendo el valor 7 neutro, la acidez o alcalinidad del agua de alimentación o de la caldera, ya que el tratamiento para la eliminación de dureza modifica básicamente el contenido de sólidos totales y la alcalinidad. Se recomienda que el agua se mantenga siempre alcalina, tendiendo a un valor pH = 9,5.

PURGAS DE FONDO

Hemos dicho que los sólidos en las calderas precipitan por la acción del tratamiento del agua. La manera de sacarlos al exterior es por medio de las purgas de fondo, La cañería de purga debe tener una válvula exclusa y otra válvula esférica de apertura rápida.

En el trabajo de purgar la caldera, el operador debe abrir primero la válvula globo y después accionar la apertura de la válvula esférica violentamente, para que se produzca el efecto de arrastre.

El tiempo de duración de la purga y la frecuencia de intervalos estará dada por el tratamiento de agua que se realice.

Actualmente se fabrican purgas automáticas de accionamiento mecánico que conectadas a un temporizador producen la apertura de la válvula, según se programe.

PURGAS DE SUPERFICIE

Las sustancias grasas en el agua de la caldera tienen un doble efecto pernicioso porque aumentan la tensión superficial en forma enorme, interfiriendo con la liberación de vapor desde el espejo de agua y contribuyendo materialmente a provocar arrastres y puede producir recalentamientos locales muy pronunciados.

Con las purgas de superficie se eliminan del espejo de agua, espumas, grasas o aceites provenientes generalmente de la contaminación del condensado proveniente de procesos de fabricación.