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CALDERAS DE VAPOR
La caldera es un recipiente metálico cerrado, que al aplicarle calentamiento y
controlando su presión y temperatura, con instrumentos de medición,
obtenemos agua caliente, al incrementar su temperatura a 95°C, vapor
saturado, al calentar el agua a 100°C y vapor recalentado incrementando la
temperatura arriba de 100°C.
La máquina elemental de vapor, fue inventada por Dionicio Papin, en el año
de 1769, posteriormente fue desarrollada por James Watt en 1776.
La potencia de una caldera, se mide en caballos de vapor. Para determinar el
valor de la potencia de un caballo. Watts recurrió a medir la potencia
promedio de muchos caballos, el obtuvo un valor de 33,000 lbs-pie/min., o
sea 550 lbs-pie/seg. Valor que denomino horse power (potencia de un
caballo)
Al transferirlo al sistema métrico, da un poco más de 76kg-m/seg. Pero la
oficina internacional de pesas y medidas de Paris. Resolvió redondear este
valor a 75kg-m/seg. Llamándolo caballo de vapor en homenaje a James Watt.
Las calderas se clasifican, según su presión, o su capacidad, o su forma, pero
la clasificación común y técnica es la de :
a.- calderas pirotubulares
b.- calderas acuotubulares
c.- calderas de vaporización instantánea
CALDERAS PIROTUBULARES: en estas calderas, el agua circula por fuera de los
tubos y el fuego circula por el interior de los tubos. Se diseñan para
presiones de trabajo, menores a 22 bares. Los gases de combustión, recorren
las secciones de haz de tubos, desde el quemador hasta el exterior, al salir
por la chimenea. De aquí que haya calderas de 2,3 y mas pasos.
CALDERAS ACUOTUBULARES: en estas calderas, el agua circula por el interior de
los tubos y el fuego circula por el exterior de los tubos. La generación de
vapor en estas caldera es más rápida y son más sensibles a la calidad del agua
se fabrican en presiones mayores a 22 bares .
CALDERAS DE VAPORIZACION INSTANTANEA: son calderas compactas de bajo
volumen de agua, que producen vapor muy rápidamente. Se utilizan donde
se requiere generar vapor a baja presión.
Cuando instrumentamos una caldera para el control del proceso de
producción de vapor, se le llama generador de vapor.
PARTES COMPONENTES DE UNA CALDERA:
Cuerpo o carcaza, espejo frontal y espejo posterior, tubos flux, cámara de
combustión u hogar, ladrillo y concreto refractario en las partes que están en
contacto con el fuego, chimenea, registros de mano, boquillas para entra da
de agua, boquillas para salida de vapor, boquillas para purgas, placa de
características.
EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE UNA CALDERA:
Programador, quemador control mecánico de la combustión o electrónico,
con control digital, válvula de gas, válvula reguladora de presión de gas, bujía
de ignición, transformador de ignición, válvula check y válvula de globo en la
salida de vapor, válvulas de seguridad, purga de lodos manual o automática,
purga de solidos disueltos manual o automática, nivel de agua, manómetros
y termómetros, protección por falla de flama, protección por bajo y alto nivel
de agua, protección por alta presión,
ELEMENTOS NECESARIOS PARA LA GENERACION DE VAPOR:
a. agua suavizada
b. calor
PARA PRDUCIR CALOR:
b.1- combustible (solido liquido o gas )
b.2- comburente (aire)
b.3- fuente de ignición (chispa)
COMBUSTION:
La combustión sucede cuando la combinación de un combustible con un
comburente (generalmente oxigeno del aire), en contacto con una fuente de
calor, se origina una flama o fuego.
En este proceso se presentan dos situaciones importantes,
a.- consumo de combustible
b.- presencia de gases contaminantes es muy importante encontrar el
equilibrio entre estos dos conceptos, por medio de la mezcla aire
combustible.
Cuando tenemos exceso de aire se nos presenta una combustión completa,
esto nos disminuye el rendimiento en la combustión. Cuando tenemos falta
de aire, se nos presenta una combustión incompleta. Menor liberación de
energía, con el riesgo de producir CO (gas toxico e inflamable)
PUESTA EN OPERACIÓN DE LA CALDERA.
Por medio del programador, desarrollamos el proceso de generación de
vapor. este automáticamente, una vez puesto en operación, ordena los pasos
y secuencia de arranque y paro, da los permisos a los instrumentos, para que
estos realicen el proceso de generación de vapor, en el rango que requiramos
producir vapor.
Es muy importante de que antes de poner la caldera en servicio, nos
ajustemos al programa de calentamiento o caldeo que recomienda el
fabricante, para cuando arranquemos por primera vez o bien cuando
hallamos reconstruido el refractario. El fabricante de la caldera, proporciona
una curva de calentamiento para este caso y otra curva de calentamiento,
para cuando no requi ramos secar el refractario,
AGUA EN LAS CALDERAS:
El agua proviene de diferentes mantos, de manera que atrae diferentes
impurezas, como aceites, material orgánico, carbonatos y bicarbonatos de
calcio y de sodio, cloruros de calcio y de manganeso, sulfato de sodio y de
manganeso, hidróxido de sodio.
Estas impurezas afectan a las partes metálicas de la caldera, en forma de
incrustación corrosión, cristalización y alcalinidad
INCRUSTACION: son costras duras que se adhieren al metal, causan deterioro y
baja eficiencia, se retiran, utilizando dispersantes y lavado químico, al
desprenderse, se van al fondo y su acumulación obstruye la descarga de la
purga de fondo, ocasionando embanque de la caldera.
CORROSION: esta se presenta, al combinarse el calor, con la presencia de gases,
solidos disueltos y agua. La corrosión por oxigeno, se presenta como
incrustaciones o socavaciones múltiples, la corrosión caustica es debida a la
concentración de sales alcalinas y al sobrecalentamiento de los metales.
IMPUREZAS EN EL AGUA:
a.- dureza total. Es la cantidad total de sales de calcio y manganeso, en forma
de sulfato y bicarbonato
b.- dureza permanente. Es la cantidad de sales de calcio y manganeso
contenidas en el agua, des pues de una ebullición prolongada
c.- dureza temporal. Es la cantidad de sales en el agua, que han precipitado
durante la ebullición
una
parte
de
carbonato de calcio
La unidad de dureza en el agua, es el grado de dureza= --------------------------------------------100,000 partes de
agua
Para solucionar los problemas de incrustación y corrosión, debemos darle un
tratamiento químico, a el agua de alimentación, a el agua en el interior de la
caldera, a los condensados y un control de purgas.
Para prolongar la vida de la caldera y asegurar su operación, debemos
establecer un programa de mantenimiento.
a.- programa de mantenimiento preventivo. Donde incluyamos una
inspección diaria, de los equipos e instrumentos, leer y registrar en el diario
de bitácora, los acontecimientos durante cada turno.
b. programa de mantenimiento preventivo, basado en las recomendaciones
sobre operación y mantenimiento del fabricante. Desfogar vapor por las
válvulas de seguridad, cada mes, lavado y deshollinado de fluxes, retirar
lodos del fondo de la caldera, cada seis meses, lavado químico del interior y
calibrar las válvulas de seguridad, cada año.
Las calderas, se construyen, bajo normas estrictas de fabricación, están
provistas de instrumentos automáticos, que las hacen muy confiables. Pero
no por esto, se deben encargar a personas no confiscadas , los operadores,
deben cumplir con los requisitos que les indica la secretaria de trabajo y
previsión social, los equipos sujetos a presión son maquinas extremadamente
peligrosas , por lo que existe la norma NOM 122 STPS, que regula los
requisitos para su uso operación y mantenimiento.