Manual Practico Operador Calderas Industriales

nual práctico del
ERA DOR oE CA
LDER DU STR I A
LES
M.8 Rosario Patiño Molina
manualpráctico
del operador de
calderas
industriales
manualpráctic
o deloperador
de
calderas
industriales
Manuel Sanz del Amo
M.ª Rosario Patiño Malina
Ediciones Paraninfo
Paraninfo
Manual práctico del operador de calderas industriales
© Manuel Sanz del Amo y M.ª Rosario Patiño Molina
Gerente Editorial
Marra José López
Raso
Equipo Técnico Editorial
Alicia Cerviño González
Paola Paz Otero
Editora de Adquisiciones
Carmen Lara Carmena
Producción
Nacho Cabal
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Ediciones Nobel
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escrita por parte de la Editorial.
Preimpresión
Montytexto
COPYRIGHT © 2014 Ediciones Paraninfo, SA
lª edición, 2014
C/ Velázquez, 31,3.0 dcha / 28001 Madrid,
ESPAÑA Teléfono: 902 995 240 / Fax: 914
456 218 clientes@paraninfo.es /
www.paraninfo.es
ISBN: 978-84-283-3435-8
Depósito legal: M-2975-2014
(11354)
Impreso en España / Printed in Spain
Cimapress
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PRÓLOG O ..................................................................................................
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23
CO N C EPTOS BÁSICOS ....................................................................
1.1. Unidades de medida ................................................................................
1.1.1. Tipos de magnitudes de medida .................................................
1.1.2. Unidades de longitud, superficie y volumen ...............................
1.2. Unidades de masa, densidad y volumen específico ...............................
1.2.1.
Masa ............................................................................................
1.2.2. Densidad .....................................................................................
1.2.3. Volumen específico .....................................................................
1.3. Unidades de velocidad y aceleración .....................................................
1.4. Unidades de fuerza .................................................................................
1.5. Unidades de presión ...............................................................................
1.6. Presión atmosférica ................................................................................
1.6.1. Experimento de Torricelli .............................................................
1.7. Temperatura, medida y unidades ...........................................................
1.8. Caudal, unidades .....................................................................................
1.9. Energía, unidades ...................................................................................
1.10. Potencia, unidades ..................................................................................
1.11. Calor,entalpía, calor específico, unidades .............................................
1.11.1. Entalpía y calor ..........................................................................
1.11.2. Calor específico .........................................................................
1.12. Cambios de estado: vaporización y condensación .................................
1.13. Transmisión de calor: radiación, convección y conducción ....................
1.13.1. Transmisión de calor por conducción ........................................
1.13.2. Transmisión de calor por convección ........................................
1.13.3. Transmisión de calor por radiación ...........................................
1.14. Vapor de agua: saturado, sobrecalentado, recalentado y expansionado. ....
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Tndice
1.15.
Volumen
específico
del
vapor
de
agua
...................................................
1.16. Calor específico .......................................................................................
1.17. Relación entre la presión y la temperatura de vapor
............................
1.18. Tablas de transformaciones de unidades y tablas de vapor
de agua ....................................................................................................
2. G E N ERALIDAD ES SOBR E LAS CALD ERAS
................................ ..
2.1.
Definiciones .............................................................................................
2.2. Conceptos exigibles ................................................................................
2.2.1.
Obligaciones
de
los
usuarios
.......................................................
2.2.2. Obligaciones de las empresas instaladoras y reparadoras
.......
2.2.3.
Condiciones
exigibles
al
fabricante
............................................. 2.2.4. Condiciones exigibles a la
caldera ..............................................
2.2.5.
Condiciones
exigibles
a
los
operadores
...................................... 2.3. Elementos que incorporan las calderas
.................................................
2.4.
Requisitos
de
seguridad
......................................................................... 2.5. Tipos y partes principales
de una caldera ..............................................
2.6. Superficies de calefacción: superficie de radiación y de convección
....
2.7.
Transmisión
de
calor
en
calderas
........................................................... 2.8. Tipos de calderas según su
disposición ................................................. 2.9. Tipos de calderas según
su circulación ..................................................
2.10. Tipos de calderas según sus características principales
......................
2.11. Obtención del carné de operadores industriales de calderas
...............
3.
CO M BUSTIÓ N .................................................................................. .
3.1.
Combustión:
definiciones,
gases
formados
...........................................
3.2.
Analizadores
de
gases
de
combustión
...................................................
3.2.1.
Medición
del
C02
,
02
y
opacidad
..................................................
3.2.2. Medición del CO ...........................................................................
3.3. Tiro natural y tiro forzado .......................................................................
3.3.1. Tiro natural ...................................................................................
3.3.2. Tiro forzado ..................................................................................
3.4.
Tipos
de
hogar
es .......
..............
..............
..............
..............
..............
........
manual práctico del operador de calderas
industriales
3.4.1.
Hogares
en
sobrepresión
............................................................
3.4.2.
Hogares
en
depresión
.................................................................
3.4.3. Hogares equilibrados ..................................................................
3.5.
Quemadores:
ideas
generales
................................................................
3.6. Control de la combustión: tipos de control
............................................
3.6.1.
Rendimiento
de
la
combustión
....................................................
3.6.2.
Quemadores
y
su
control
.............................................................
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3.7. Chimeneas..............................................................................................................72
3.8. Tablas de parámetros de la combustión completa del gas natural................73
4.
DISPOSICIONES GENERALES CONSTRUCTIVAS
EN CALDERAS PIROTUBULARES ..................................................
79
4.1. Definición y principio de funcionamiento....................................................... 80
4.2. Partes de una caldera pirotubular................................................................. 81
S.
DISPOSICIONES GENERALES CONSTRUCTIVAS
EN CALDERAS ACUOTUBULARES .................................................
87
5.1. Calderas acuotubulares................................................................................. 88
5.1.1. Principio de funcionamiento............................................................... 88
5.1.2. Parámetros de funcionamiento y características generales
de trabajo............................................................................................88
5.1.3.Partes de una caldera acuotubular.................................................... 89
5.2. Calderas verticales. Tubos Field. Tubos pantalla parallamas.......................98
5.3. Calderas de vaporización instantánea. Serpentines. Separadores
de vapor.........................................................................................................99
5.4. Calderas de agua caliente y sobrecalentada...............................................100
5.5. Calderas de fluido térmico...........................................................................101
6. ACCESORIOS Y ELEMENTOS ADICIONALES PARA
CALDERAS...........................................................................................................103
6.1. Concepto..................................................................................................................... 104
6.2. Válvulas de paso o interrupción: asiento y compuerta................................104
6.3. Válvulas de retención: de asiento, de clapeta y de disco..................... 106
6.4. Válvulas de seguridad................................................................................. 107
6.4.1. Norma UNE 9-100-86. Válvulas de seguridad de calderas
de vapor............................................................................................107
6.5. Válvulas de descarga rápida....................................................................... 114
6.6. Válvulas de purga continua......................................................................... 115
6.7. Indicadores de nivel: grifos y columnas ...........................................116
6.8. Controles de nivel por flotador y por electrodos................................... 117
6.9. Limitadores de nivel termostáticos..............................................................121
6.10...............................................................................................Bomba
s de agua de alimentación....................................................................... 122
6.11...............................................................................................Inyect
ores de agua ............................................................................. 123
6.13.2. Termómetros.................................................................126
VII
6.12..................................................................................................Cabal
letes y turbinas para agua de alimentación................................................. 123
6.13...............................................................................................Manóm
etros y termómetros................................................................................. 124
6.13.1.Manómetros............................................................................................124
6.14. Presostatos y termostatos .....................................................................
6.14.1. Presostatos ................................................................................
6.14.2. Termostatos ...............................................................................
6.15. Quemadores ............................................................................................
6.16. Elementos del equipo de combustión .....................................................
6.16.1. Ventilador de aire primario y secundario
.................................. 6.16.2.
Sonda de control de llama
.........................................................
6.16.3. Programador ..............................................................................
6.16.4. Válvulas magnéticas, neumáticas y electroneumáticas ...........
6.16.5. Sistema de encendido ................................................................
6.16.6. Disposiciones legales en relación con los elementos
del equipo de combustión ..........................................................
6.17.
Estación
de
regulación
y
medida
para
gas
.............................................
6.17.1.
Generalidades
............................................................................
6.17.2. Elementos constitutivos de una estación de regulación
y medida .....................................................................................
7. TRATAMIENTO DE AG UA D E CALDERAS ......................................
.
7.1. Características del agua para calderas: dureza, pH, oxígeno,
aceite,
salinidad
..................................................................................................
7.2.
Descalcificadores
y
desmineralizadores
................................................
7.2.1.
Descalcificadores
.........................................................................
7.2.2. Desmineralización total
...............................................................
7.3. Desgasificación térmica y por aditivos
...................................................
7.3.1. Desgasificación térmica
...............................................................
7.3.2. Desgasificación química ..............................................................
7.4. Regulación del pH ...................................................................................
7.5. Recuperación de condensados. Purgadores
.......................................... 7.6. Régimen de purgas a realizar
.................................................................
7.7. Problemas provocados por un mal tratamiento del agua de caldera
.... 7.7.1. Corrosión ......................................................................................
7.7.2. ncrustaciones .............................................................................
7.7.3. Arrastre de condensado ..............................................................
8. CON D U
CCIÓ N
DE
CALD
ERAS Y
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..............
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8.1.Intr
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8.1.2.
Optimiz
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................
................
........ 8.1.3. Otras operaciones
........................................................................
VIII
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Tndice
8.2.
Ma nte ni miento de los generadores de va po r................................170
8.2.1. Pri me ra p uesta en ma rcha....................................................170
8.2.2. Puesta en ma rcha dia ria ............................................................... 170
8.2.3. Pu rgas de la calde ra ..................................................................... 171
8.2.4. Apagado de caldera ...................................................................... 172
8.2.5. Ma nteni miento y conservació n..................................................... 172
8.2.6. Obse rvaciones generales ............................................................. 173
8.2.7. Ca racterísticas del agua de al i mentació n .................................... 173
8.2.8. Co ntacto con el servicio de asistencia técnica del fa brica nte
de la calde ra ................................................................................. 173
8.3. Ma nte ni miento de las redes de va por y condensado............................174
8.3.1. Pu rgado res de va po r.............................................................174
8.3.2. Vál vulas.........................................................................................
175
8.3.3. Progra ma de ma nteni mie nto de agua .......................................... 175
8.3.4. Instru mentación............................................................................
175
8.3.5. Aisla mie ntos..................................................................................
175
8.3.6. Fugas en tu berías ......................................................................... 175
8.3.7. Presencia de ai re .......................................................................... 175
8.3.8. Arrastres de ag ua con va por ........................................................ 176
8.4. Ma nte ni miento de equ i pos de uti l i zació n: condensadores y
cam biadores de calor........................................................................176
8.4.1.Progra ma de ahorro de energía.........................................176
8.5. Pri mera p uesta en ma rcha................................................................177
8.5.1. Preca ucio nes i niciales .................................................................. 177
8.5.2. Llenado.......................................................................................... 178
8.5.3. Cocción .......................................................................................... 178
8.6. Puesta en servicio....................................................................................
179
8.6.1. Proceso de encendido del q uemador ........................................... 179
8.6.2. Cesión de va po r ............................................................................ 179
8.6.3. Ma nómetros..................................................................................
179
8.6.4. Ni veles de ag ua............................................................................. 180
8.6.5. Vál vulas de segu ridad ................................................................... 180
8.6.6. Eq ui po de p u rga ............................................................................ 180
8.6.7. Espu mas........................................................................................
180
8.6.8. Pu rgas de lodos ............................................................................ 180
8.7. Puesta f ue ra de servicio .......................................................................... 180
8.7.1. Pa rada ........................................................................................... 180
8.7.2. Vaciado..........................................................................................
181
8.7.3. Li m pieza ........................................................................................ 181
IX
8.8. Causas q ue hacen au menta r o d ismi n ui r la presión.................................181
8.9. Va riaciones de nivel en la caldera..........................................................182
8.10..................................................................................................Comu nicació
n o i ncom u nicación de u na caldera con otras..............................................182
8.11..................................................................................................Revisiones y l
i m piezas periódicas........................................................................................183
8.12..................................................................................................Ma nte ni
miento en pa ro prolongado.............................................................................183
8.12.1. Conservación h ú meda......................................................................184
8.12.2. Conservación seca.............................................................................184
8.13. Revisión de ave rías.................................................................................. 184
9. R EG LAM ENTO D E EQUIPOS A PR ESIÓ N.................................................187
9.1. Introd ucció n.........................................................................................................188
9.2. Clasificación de los eq ui pos a presió n: a rtícu lo 9 del RD 769/1999,
de 7 de mayo.......................................................................................190
9.3. Regla mento de eq ui pos a presión. ITC EP-1 - Calderas.......................192
9.3.1.Regla mento de eq ui pos a presión (extracto ref erido
solamente a calderas)....................................................................192
9.3.2.Instrucción técnica complementa ria ITC EP-1 - Ca lderas................198
BIBLIOG RAFÍA............................................................................................................. 217
E N LAC ES W EB D E INTER ÉS..........................................................................219
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La formación y la puesta al día de los conocimientos tecnológicos que son
necesarios para mantener un alto grado de compromiso de todas las personas
implicadas en proce sos industriales requiere un uso eficiente y seguro de la
energía.
Con esta finalidad, los autores han llevado a cabo una amplia labor de consulta
biblio gráfica con aporte de una dilatada experiencia en la industria papelera y en la
formación universitaria, para dar a esta obra un soporte práctico y al mismo tiempo
científico, y que las personas a las que va dirigida tengan en el libro una
herramienta que además de ser vir de guía en su proceso de aprendizaje sirva
como libro de consulta en su tarea diaria. La motivación de los autores al escribir
esta obra, está basada en la aparición del Reglamento de equipos a presión, que
entró en vigor en 2008 y en las escasas obras publi cadas sobre el tema, que aun
siendo de buena calidad, están algo desfasadas en el tiempo. Por todas estas razones,
la obra Manual práctico del operador de calderas industria
les es un excelente libro de aprendizaje y consulta para los operarios y supervisores
de calderas de muchos procesos industriales.
La obra sigue el programa oficial del Reglamento de equipos a presión ITC EP1 - Calderas, que se exige para la obtención del carné de operador y al mismo
tiempo amplía conceptos relacionados con la operación (bombas, soplantes, válvulas,
lazos de control, etc.), eficiencia energética y seguridad de uso de las instalaciones
productoras de ener gía térmica.
Los autores agradecen a las empresas Spirax Sarco, Babcock Wanson, Talleres
Patri cio Ruiz, Baltogar (Brunnschweiler), Bacharach, Samson, KSB-ITUR, Hidro Water y
Orbi nox, por la autorización para la inclusión de figuras, fotografías y consejos
técnicos en el libro, que ilustran y facilitan la comprensión del contenido de la obra.
Los autores, Manuel Sanz del Amo, doctor ngenieroIndustrial y director técnico de
una fábrica de papel y M.ª del Rosario Patiño Molina, doctora en Ciencias Químicas y
Ca tedrática de Química Orgánica de la Universidad de Valladolid, cuentan con una
amplia experiencia profesional y acción formativa suficientes, que con su esfuerzo y dedicación han
hecho posible este libro, de fácil comprensión y al mismo tiempo de gran rigor científico.
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Esta unidad tiene como objetivo, proporcionar los conocimientos teóricos básicos de física y
termo dinámica, necesarios para que el operador de calderas entienda y desarrolle mejor su
trabajo.
Adquirir habilidad con los cambios de unidades, tener una idea clara de lo que son las
magnitudes fundamentales y derivadas, así como los conceptos de presión, temperatura,
potencia, energía y todo lo relacionado con la generación y transferencia de calor es
imprescindible para el desarrollo adecuado de la conducción de una caldera industrial.
Contenidos
1.1.
Unidades de medida
1.2.
Unidades de masa, densidad y volumen específico
1.3. Unidades de velocidad y aceleración
1.4.
Unidades de fuerza
1.5.
Unidades de presión
1.6.
Presión atmosférica
1.7.Temperatura, medida y unidades
1.8.
Caudal, unidades
1.9.
Energía, unidades
1.10.
Potencia, unidades
1.11.
Calor,entalpía, calor específico, unidades
1.12.
Cambios de estado: vaporización y condensación
1.13.Transmisión de calor: radiación, convección y conducción
1.14. Vapor de agua: saturado, sobrecalentado, recalentado y expansionado
1.15. Volumen específico del vapor de agua
1.16. Calor específico
1.17. Relación entre la presión y la temperatura de vapor
1.18. Tablas de transformaciones de unidades y tablas de vapor de agua
manual práctico del operador de calderas
industriales
1.1. UNIDADES DE MEDIDA
Para la observación de un fenómeno físico o químico, por ejemplo, se requiere la
defini ción de las magnitudes de medida, que faciliten su explicación y comprensión.
1.1.1. Tipos de magnitudes de medida
Hay dos tipos de medidas, unas que se denominan fundamentales y otras que se
definen partiendo de estas, denominadas derivadas.
Magnitudes fundamentales
Son las que no derivan de otras y son únicas en su especie, son el cimiento de la
física y no pueden ni multiplicarse ni dividirse entre otras. Por tanto, no se definen
en función de otras magnitudes físicas, sino que sirven de base para obtener las demás
magnitudes utilizadas en la física.
Magnitudes derivadas
Son las que resultan de multiplicar o dividir entre sí las magnitudes fundamentales.
Los sistemas de medidas son CGS, MKS (sistema internacional) y sistema
técnico, cuyas magnitudes fundamentales y algunas derivadas se muestran en la Tabla
1.1.
Tabla 1.1. Unidades de medida.
Magnitudes
Sistemas de medida
Símbolos
Fundamentales
CGS
MKS
Técnico
Longitud
Centímetro
Metro
Metro
Masa
Gramos
Tiempo
Segundo
Segundo
Intensidad de corriente
-
Temperatura
CGS MKS
Técnico
cm
m
m
o
o
kg
UTM
Segundo
s
s
s
Amperio
-
-
A
-
-
Kelvin
-
-
ºK
-
Cantidad de sustancia
-
Mol
-
-
mol
-
Intensidad luminosa
-
Candela
-
-
cd
-
Derivadas
CGS
MKS
Técnico
Fuerza
Dina
Newton
Kilopondio
Dyn
N
Kp o Kgf
Energía
Ergio
Julio
Kilográmetro
Er
J
Kgm
Er/ s
w
Kgm/ s
Potencia
2
Ergio
Segundo
Kilogramo Unidad técnica de masa
Vatio
Kilográmetro
Segundo
CGS MKS
Técnico
Conceptos básicos
Otras magnitudes derivadas muy empleadas
son: Caballo de vapor (CV): 0,736 kW
Kilovatio x hora (kW x h): 864 kcal
-
1111
Ejemplo 1.1.
Realizar el cambio de unidades del kW x h a kcal.
1 kW x h
= 1 kJ/s x 3.600 s x 0,24 kcal/kJ = 864
kcal
Los múltiplos y submúltiplos de estas unidades se usan para cantidades muy
grandes o muy pequeñas; por ejemplo, el espesor del recubrimiento de cromo de
un acero se mide en micrómetros (µm), la distancia entre dos ciudades se mide en
kilómetros (km), el espesor de una chapa se mide en milímetros (mm), etc.
1.1.2. Unidades de longitud, superficie y volumen
Las unidades de longitud, superficie y volumen son el metro (m), el metro cuadrado
(m2) y el metro cúbico (m3), respectivamente, y son las mismas en el SistemaInternacional
(MKS) y en el Sistema Técnico.
En el sistema británico, la longitud es la pulgada (l"), que equivale a 25,4
mm y 12 pulgadas equivalen a 1pie (I'). Las unidades de superficie y volumen son (1")2 y
(1")3, respectivamente.
1.2. UNIDADES DE MASA, DENSIDAD Y VOLUMEN
ESPECÍFICO
Las unidades de masa, densidad y volumen específico guardan una cierta relación entre
sí, por lo que se hace imprescindible definirlas por separado para facilitar su
compren sión y distinguir claramente que la densidad y el peso específico
numéricamente coinci den en ocasiones, pero son conceptos distintos.
1.2.1. Masa
La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
En el Sistema MKS, la masa se expresa en kilogramos (kg), mientras que en el
Siste ma Técnico, se expresa en Unidades Técnicas de Masa (UTM).
En el Sistema británico se expresa en libras (lb), llb equivale a 0,453592 kg.
1.2.2. Densidad
La densidad es la masa por unidad de volumen y se expresa en kg/m3 en el Sistema
MKS.
manual práctico del operador de calderas
industriales
l!J 3
Conceptos básicos
1.2.3. Volumen específico
Es el volumen por unidad de masa (es el inverso de la densidad) y se mide en m3/kg en
-T
Sistem a MKS.
1111
Ejemplo 1.2.
Las densidades del aire y del agua, medidas en condiciones normales (una presión
de 1,013 kg/cm• y una temperatura de 20 ºC) son:
• Densidad del aire es 1,2 kg/m" y su volumen específico es 0,83 m"/kg.
• Densidad del agua es 1.000 kg/m• y el volumen específico es 0,001 m"/kg.
1.3. UNIDADES DE VELOCI DAD Y ACELERACI ÓN
Las unidades de medida de la velocidad y aceleración son m/s y m/s2
respectivamente, tanto en el Sistema MKS como en el Sistema Técnico.
Aunque la aceleración de la gravedad varía con la altitud del lugar,se considera
que es 9,81 m/s2 •
1.4. UNIDADES DE FUERZA
De acuerdo con la ley de Newton la fuerza es el producto de la masa por la aceleración.
En el sistema MKS la unidad de medida es el Newton (N).
1N = kg x m/s2•
En el Sistema Técnico es el kilopondio o kilogramo fuerza.
1kp o kgf = UTM X m/s2 •
Para pasar de N a kp hay que dividir por 9,81.
En el Sistema británico llibra equivale a 4,448 N (MKS) o a 0,454 kgf (ST).
1.5. UNIDADES DE PRESIÓN
La presión ejercida sobre un cuerpo se define como la fuerza ejercida sobre la
unidad de superficie.
F
P= -
S
En el Sistema internacional (MKS) la unidad de medida es el pascal (Pa) que se
define como la presión que ejerce una fuerza de un newton (N) sobre una superficie
de un metro cuadrado (m2).
manual práctico del operador de calderas industriales
Otras unidades de presión se muestran en la Tabla 1.2.
Tabla 1.2. Otras unidades de presión.
Unidades
Equivalencias
1 bar
Bar
Milibar
1 kgfi'cm 2
1 mbar
Kgf/cm 2
105 N/m 2
98.000 N/m 2
l02 N/m 2
10' Pa
98.000 Pa
102 Pa
mm Hg
milímetros de columna de mercurio
m.c.a.
metros de columna de agua
mm.e.a.
milímetros de columna de agua
Kgf/m 2
1 kgfi'm 2 1 kp/cm2
9,8 N/m2
9,8 Pa
Las equivalencias del pascal son:
1Pa = 0,1mm.e.a.
1kPa = 0,1m.c.a.
En el Sistema británico la unidad de presión es 1 psi = 0,7 kgf/(cm2 de
pulgadas de columna de agua), o pulgadas de columna de mercurio, etc. Y su
equivalencia con el sistema MKS es 1Kpa = 0,145 psi.
Fue Torricelli quien midió por primera vez la presión mediante el barómetro de
mer curio. A la presión medida mediante el experimento de Torricelli se la denomina
presión absoluta.
El barómetro de mercurio por excelencia es el de Torricelli, pero además están
el de Hooke, el de Fortín, y el de Tonnelot.
Cuando se toma como referencia la presión atmosférica como origen de
presiones aparece un nuevo concepto que se denomina presión relativa o
manométrica, que es la presión que mide un manómetro, es decir, la presión en el
interior de un recipiente, tomando como cero la presión atmosférica.
Cuando los valores de la presión de los fluidos son muy bajos es bastante
habitual usar como medida de presión la altura manométrica, tomando como
referencia la pre sión ejercida sobre el fondo del recipiente de una columna de
agua. Así, por ejemplo, 10 metros de columna de agua (m.c.a) equivalen a 1kg/cm2 •
Aunque hay una gran variedad de manómetros los más empleados son los de
Bourdon.
Conceptos básicos
1.6. P R ESIÓ N ATM OSFÉRICA
La presión atmosférica es la presión que ejerce la masa gaseosa (denominada atmósfe
ra) sobre la superficie de la tierra. La presión atmosférica fue determinada por
primera vez por Torricelli.
1.6.1. Experimento de Torricelli
Consiste en llenar de mercurio un tubo de vidrio de un metro de altura cerrado por
un ex tremo, tapar con un dedo el extremo abierto, darle la vuelta y sumergirlo en
un recipiente abierto con mercurio, dejando la parte abierta del tubo hacia abajo. Al
retirar el dedo se observa que la altura de la columna de mercurio desciende hasta
un valor de unos 760 mm, quedando vacío (vacío absoluto) en la diferencia hasta
completar 1m.
La presión P sobre un punto cualquiera de la superficie del mercurio en el
recipiente de la Figura 1.1es igual a la presión atmosférica, mientras que la presión
sobre cualquier punto interior al tubo viene dada por la expresión:
P = p x g
x h
Tubo de 1 cm2 de sección
240 mm
- ••..
>
-·······¿....-·····_.
Columna de Hg
•..,..-··:?-····/
760 mm
Presión
Donde:
P: Presión
p: Densidad del mercurio
g: Aceleraclón de la gravedad
h: Altura de la columna de mercurio
atmosférica
W: Peso de la columna de mercurio
11 1 1 111 ;:;_n_te con
-- ....
Hg
- ..
Figura 1.1. Experimento de Torricelli.
Si el experimento de Torricelli se hace al nivel del mar, a una temperatura de O
ºC, como la densidad del mercurio es p = 13,59 g/cm3 y asumiendo que la gravedad
es 980,6 cm/s2 en todos los puntos de la tierra, se obtiene la presión conocida como
presión normal o atmósfera física.
P = p x g x h
manual práctico del operador de calderas industriales
1atm = 13,59 g/cm3 x 980,6 cm/s2 x 76 cm = 1,013
kgf/cm2
.2
e
·e
ro
"
'
(1
e
6
)
o
'ü
ii
w
@
Conceptos básicos
En gran cantidad de procesos industriales se emplea como unidad de presión
la de nominada atmósfera técnica, que equivale a 1kgf/cm2 = 1kp/cm2•
También se utilizan otras unidades de presión para medir la presión atmosférica:
1atm = 1.013 mbar "" 1bar "" 105 Pa
1atm 1.333 mbar :::e 133 Pa
1torr = 760
El torr es la presión correspondiente a la altura de 1mm de columna de mercurio.
1.7. TEM PERATU RA: M EDIDA Y U NIDADES
La temperatura es una magnitud que indica la mayor o menor cantidad de calor de
un cuerpo. El calor que tiene un cuerpo viene determinado por la suma de las
energías ciné ticas que poseen las moléculas de dicho cuerpo y la temperatura es
la medida de dicho potencial (siguiendo un símil eléctrico el calor es a la intensidad,
lo que la temperatura es a la diferencia de potencial). El calor tiene la tendencia a
pasar de los cuerpos que están a mayor temperatura a los cuerpos que están a
menor temperatura.
Conviene remarcar que aunque el paso de calor de unos cuerpos a otros está
relacio nado con la temperatura de estos, calor y temperatura son conceptos
distintos.
La cantidad de calor que tiene un cuerpo viene dada por la expresión:
Donde:
Q: cantidad de calor
K: coeficiente constante para cada
sustancia m: masa de cada molécula
n: número de moléculas
v: velocidad de movimiento de las
moléculas Si Mes la masa:
M= nx
m
Sustituyendo en la ecuación anterior:
y2
Q= KXMX-
2
Por otra parte, la temperatura, T, de un cuerpo es una medida de ese
potencial energético:
T= HXv2
manual práctico del operador de calderas
industriales
Donde:
H: es una constante que depende de cada cuerpo
v: velocidad de movimiento de las moléculas
Sustituyendo esta expresión en la ecuación anterior se obtiene la expresión del
calor específico:
Q=
K
Para medir la temperatura se emplean los termómetros.
Tipos de termómetros
Los termómetros están basados en los efectos que producen al variar la cantidad de calor:
• Termómetros de dilatación.
• Termómetros de presión.
• Termómetros de resistencia.
• Termómetros termoeléctricos.
• Pirómetros ópticos.
Escalas termométricas
Las escalas termométricas se pueden dividir, a su vez, en absolutas y relativas.
a) Escalas termométricas absolutas
Escala Kelvin: la referencia es el punto triple del agua, en este punto coexisten
los tres estados (sólido, líquido y gaseoso).
El punto triple del agua se produce a una temperatura de 273,16 ºK (0,01 ºC) y
una presión absoluta (presión parcial del vapor de agua) de 0,0060373057 atmósferas.
p
Punto critico
T
Figura 1.2. Diagrama presión-temperatura .
a
Conceptos básicos
En un típico diagrama de fase (Figura 1.2), se muestran los puntos de congelación,
de ebullición, de sublimación y el punto triple haciendo mención también al
comportamiento anómalo del agua.
El cero absoluto lo calculó Kelvin; demostrando que al enfriar un gas, su
volumen va disminuyendo proporcionalmente con su temperatura. A partir de estos
datos, Kelvin calculó por extrapolación que si se sigue enfriando el gas, al llegar a
una temperatura próxima a -273,15 grados Celsius el volumen tiende a cero, con
independencia de la composición o el volumen del gas empleado, concluyendo el
científico que esa tempera tura era un mínimo absoluto para cualquier sustancia.
Para bajar la temperatura de un cuerpo hay que enfriar, Kelvin concluyó que un
gas alcanza el cero absoluto cuando se le ha extraído la totalidad de su energía.
Planteando la equivalencia entre materia y energía, en el momento en que un
gas alcanza el cero absoluto, debe desaparecer, ya que al quedarse sin energía
también se queda sin materia.
Escala Rankine: tiene el mismo concepto que la escala Kelvin pero para el
Sistema británico. El rango de medida va desde O ºR a 460 ºR.
b) Escalas termométricas relativas
Escala Celsius: sus referencias son los puntos de fusión (0 ºC) y de
evaporación (100 ºC) del agua.
Escala Fahrenheit: sus referencias son el punto de fusión de la mezcla
frigorífica de agua y cloruro de amonio (0 ºF) y el punto de fusión del agua sin esta
sal (el 32 ºF).
La relación entre las escalas se muestra en la Figura 1.3.
Escalas de temperaturas
•
o
+32
•
•
+2
Celsius
?
q>
Kelvin
73
+492
Fahrenheit
+4fO
•
-273
-460
•
•
Rankinc
Figura 1.3. Relación entre las escalas de temperatura .
manual práctico del operador de calderas industriales
Existe una tercera escala relativa denominada Réaumur pero actualmente está
en desuso.
Las relaciones entre estas escalas absolutas y relativas se muestran en la Tabla 1.3.
Tabla 1.3. Cambio de unidades de temperatura .
De
A
Factor de conversión
Factores de conversión de las fó1mulas
9/5 = 1,8
10
9/4 = 2,25
10/8 = 1,25
Fahrenheit
Celsius
C = (F - 32)/ 1,8
Fahrenheit
Kelvin
K = (F + 459,67)/ 1.8
Fahrenheit
Rankine
Ra = F + 459,67
Fahrenheit
Réaumur
Re = (F - 32)/2,25
Celsius
Fahrenheit
F = e x 1,8 + 32
Celsius
Kelvin
K = C + 273,15
Celsius
Rankine
Ra = C x 1,8 x 32 + 459,67
Celsius
Réaumur
Re = Cx 0,8
Kelvin
Celsius
C = K -273,15
Kelvin
Fahrenheit
F = K x 1,8 -459,67
Kelvin
Rankine
Ra = K x 1,8
Kelvin
Réaumur
R = (K - 273,15) x 0,8
Rankine
Celsius
e = (Ra - 32 -459,67)/1,8
Rankine
Fahrenheit
F = Ra -459,67
Rankine
Kelvin
K = Ra/ 1,8
Rankine
Réaumur
Re = (Ra - 32 -459,67)/2,25
Réaumur
Celsius
C = Re x l ,25
Réaumur
Fahrenheit
F = Re x 2,25 + 32
Réaumur
Kelvin
K = Re x 1,25 + 273,15
Réaumur
Rankine
Ra = Re x 2,25 + 32 + 459,67
1.8. CAU DAL, U NIDADES
Se denomina caudal a la cantidad de fluido que pasa por un conducto en la unidad
de tiempo.
El caudal volumétrico en los sistemas MKS y Técnico se mide en
m3/s. El caudal másico, en el sistema MKS se mide en kg/s.
Las unidades del sistema británico son:
• cfm (pies cúbicos por minuto), 1cfm equivale a 0,471947 dm3/s.
• gmp (galones por minuto), 1gmp equivale a 0,063002 dm3/s.
1.9. EN ERGÍA, U NIDADES
Se denomina energía a la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo.
La unidad en el SistemaInternacional es el julio (J):
1julio (J) = 1newton (N) x 1metro (m).
La unidad en el Sistema Técnico es la kilocaloría (kcal).
El sistema anglosajón utiliza la British Thermal Unit (BTU).
Los factores de conversión de las distintas unidades de energía se muestran en
la Tabla 1.4.
Tabla 1.4. Factores de conversión de las distintas unidades de energía .
Unidades
Equivalencia
I BTU
1,055 kJ
I CV
2,684 kJ
I BTU
0,252 kcal
I kcal
4,186 kJ
I kgm
9,80 J
I kcal
4 BTU
1.10. POTEN CIA, U NIDADES
Se denomina potencia al trabajo realizado por unidad de tiempo.
La unidad de potencia en el sistema MKS es el vatio (W) o su múltiplo el kilova
tio (kW).
El vatio equivale a un julio por segundo (W = J/s).
Algunas equivalencias de potencia de los sistemas métrico y británico se
muestran en la Tabla 1.5.
manual práctico del operador de calderas
industriales
Tabla 1.5. Factores de conversión de las distintas unidades de potencia.
Unidades
Equivalencia
1 kW
860 kcal/h
1 kW
1,36 CV
0,736 kW
1 CV
1 kW
3,412 BTU/h
1 termia (th)
1.000 kcal
1.11. ENTALPÍA, CALO R Y CALO R ESPECÍFICO, U NIDADES
El calor es un concepto intuitivo y bien conocido, pero calor específico y entalpía no lo
son, se ha creído conveniente definirlos y explicarlos ampliamente, para facilitar la
comprensión de fenómenos termodinámicos que se emplean en partes del libro y que es
necesario que los operadores los asimilen y entiendan, a pesar de no ser conocedores
de la termodinámica.
1.11.1. Ental pía y calor
De acuerdo con el primer principio de la termodinámica, la variación de la energía
inter na de un sistema es igual a la variación de entalpía menos la variación de la
presión y volumen que experimenta.
flU = fl H - fl(P X V)
flU = fl H - [(P X fl V) + ( V X flP)]
Siendo:
U: energía interna
H: entalpía
P: presión
V: volumen
Por tanto, la variación de entalpía es:
fl H = flU
+ fl(P X
V)
En consecuencia, al suministrar calor a un gas, una parte se emplea en
aumentar su energía interna y el resto en dilatarlo y hacer un trabajo mecánico.
Este caso general tiene dos casos particulares frecuentes:
a) Proceso a presión constante: (flP = 0)
flU = fl H - P
12
X
11 V; Wt = P
X
11 V -flU = fl H - Wt
Conceptos
básicos
Luego la variación de energía interna es igual a la variación de entalpía menos
el trabajo técnico.
13
b) Proceso a presión y volumen constantes: (flP = O y fl V = 0)
flU = fl H
En este caso la variación de energía interna es igual a la variación de
entalpía o cantidad de calor.
1.11.2. Calor específico
El calor específico es la cantidad de calor necesaria para incrementar la
temperatura de una masa de agua de 1gramo, en 1ºC, partiendo de una
temperatura de 25 ºC.
Como la caloría es una unidad muy pequeña se emplea la kilocaloría (1kcal = 1.000
cal), la termia (1 th = 1.000 kilocalorias) y la tonelada equivalente de petróleo (1 tep
= 10.000 termias).
El calor específico es un valor que está referido al agua al que se asigna el
valor 1y el resto de las sustancias toman esta referencia, por eso su valor es
siempre inf erior a 1para las mismas.
Los valores de ese calor específico medio de algunas sustancias se muestran
en la Tabla 1.6.
Tabla 1.6. Calor específico medio de algunas sustancias (kcal/kg ºC).
Sustancia
Calor especifico
Agua
l
Cobre
0,0952
Hielo
0,4740
Mercurio
0,0333
Aluminio
0,2122
Estaño
0,0562
Hierro
O,ll24
Plomo
0,0314
1.12. CAMBIOS DE ESTADO: VAPORIZACIÓN
Y CONDENSACI ÓN
La materia se presenta en la naturaleza en tres estados diferentes (sólido, líquido y
ga seoso) tal y como se muestra en la Figura 1.4.
manual práctico del operador de calderas
industriales
{(:o:,
Estado
LÍQUIDO
Estado
GASEOSO
Figu ra 1.4. Cambios de estado de la materia.
Los diversos cambios de estado se denominan de la forma siguiente:
Sólido - Líquido: Fusión - Solidificación
Líquido - Gas: Vaporización/Ebullición - Condensación/Licuefacción
Sólido - Gas: Sublimación - Cristalización/Sublimación inversa
El estado sólido presenta una fuerte atracción de sus moléculas (cohesión) y se
man tiene el volumen y la forma. Si a un cuerpo en estado sólido se le suministra
calor, au menta su energía interna logrando vencer las fuerzas de cohesión de sus
moléculas, con lo que se pasa a estado líquido que mantiene el volumen pero no la
forma. Si se continúa aportando energía calorífica a dicho cuerpo se llega al punto
en que la energía molecular del cuerpo es superior a la fuerza de cohesión de sus
moléculas alcanzándose el estado gaseoso, en el que no se conserva ni el
volumen ni la forma.
Cuando se aporta calor a una sustancia se incrementa su temperatura, salvo si cambia
de estado, en cuyo caso la temperatura se mantiene constante, aunque siga
absorbiendo calor.
La cantidad de calor absorbida o cedida para realizar el cambio de estado es
una constante que se denomina calor latente y es diferente para cada cuerpo.
Calor latente: es el calor absorbido o cedido para realizar un cambio de estado.
QJ.. =
mX
}.,
Donde Q). es el calor de cambio de estado, m es la masa y }., es el calor latente
de la sustancia.
Calor sensible: es el calor cedido o absorbido para elevar la temperatura de
un cuerpo sin llegar a producir un cambio de estado.
Q5 = m X Ce X (T,- T)
Donde:
Q5: calor sensible
m: masa
Ce: calor específico
r,: temperatura final
T;: temperatura inicial
Conceptos básicos
Calor total: es el calor total utilizado.
QT = Qs
+ Q,. = m X
ce
X
( T,- T)
+ mX A
En la Tabla 1.7 figuran los valores de los cambios de estado de algunas sustancias.
Tabla 1.7. Calor latente de fusión (\) y ebullición ( J.) de algunas sustancias (kJ/kg).
T3 ebullición º C
Av
o
\
334
100
2.260
Alcohol etílico
-114
105
78,3
846
Acetona
-94,3
96
56,2
524
Sustancia
Tª de fusión º C
Agua
Benceno
5,5
127
80,2
396
Aluminio
658,7
322 - 394
2.300
9.220
Estaño
231,9
59
2.270
3.020
Hierro
1.530
293
3.050
6.300
Cobre
1.083
214
2.360
5410
Mercurio
-38,9
11,73
3.56,7
285
Plomo
327,3
22,5
1750
880
Potasio
64
60,8
760
2.080
Sodio
98
113
883
4.220
-T-
11111
Ejemplo 1.3.
Determina el calor que hay que suministrar para convertir 1 g de hielo a -20 ºC en
vapor a 100 ºC partiendo de los datos siguientes:
Calor específico del hielo C"' = 2.090 J/kg ºK
Calor de fusión del hielo Afh = 334 kJ/kg
Calor específico del agua C,,, = 4.180 J/kg ºK
Calor de vaporización del agua \.= 2.260 kJ/kg
Etapas:
1.a Se eleva la temperatura de 1 g de hielo de --20 ºC (253 ºK ) a O ºC (273 ºK )
Q, = 0,001 kg X 2.090 J/kg ºK X (273 - 253) ºK = 0,0418 kJ = 41,8 J
2.ª Se
funde el hielo (hielo a O ºC - agua a O ºC)
Q2 = 0,001 kg X 334 kJ/kg = 0,334 kJ = 334 J
s.ª Se eleva la temperatura del agua de 0° C (273 ºK) a 100 ºC (373 ºK)
Q, = 0,001 kg X 4.180 J/kg ºK X (373 - 273) ºK = 0,418 kJ = 418 J
El calor total
1.5.
Q= Q,+ Q.+ Q.+ Q.= 3.053,8J se muestra de forma gráfica en la Figura
15
manual práctico del operador de calderas industriales
4.ª Se
pasa de agua a 100 ºC a vapor a 100 ºC
Q._ = 0,001 kg X 2.260 kJ/kg = 2,260 kJ = 2.260 J
18
T
100
50
·
41,8
2260 J
J
334
J
"
Vapor
o ;
¡
20
Agua + Hielo
Hielo
Q
Cambios de estado
Calor (J)
T (ºC)
-20
Punto inicial
o
Hielo a -20 ºC a hielo a O ºC
41,8
Hielo a O ºC a agua a O ºC
334,0
o
o
Agua a O ºC a agua a 100 ºC
418,0
100
Agua a 100 ºC a vapor a 10 ºC
2260,0
100
Figura 1.5. Diagrama temperatura-cantidad de calor en los cambios de estado del agua.
La tabla de la Figura 1.5 muestra que, en todo el proceso de calentamiento, la
vapo rización del agua es la que más calor requiere, 2.260 julios, lo que representa
el 74 % del total de 3.053 julios.
Estos valores son variables en función de la presión en que se verifica el
cambio de estado, como puede verse en las tablas de agua-vapor que se muestran
en el apartado 1.18.
Si a un líquido sometido a cierta presión se le suministra calor, su temperatura
au menta hasta un valor en el que se produce el inicio de la evaporación, este
punto se de nomina líquido saturado. Si se sigue aumentando la cantidad de
calor,aparecen una serie de estados sucesivos que son mezclas de líquido y vapor que
se denominan vapor húme do; si continúa el aumento de calor hasta que desaparece
todo el líquido, a este punto se le denomina vapor saturado y si se sigue aportando
calor, la temperatura comienza a subir nuevamente, llegando al punto de vapor
sobrecalentado. Todo este fenómeno no depende más que de la presión y de la
naturaleza del fluido.
Se denominan vapores aquellos gases que en condiciones normales de presión y
temperatura (1atm y temperatura ambiente) su estado normal es el líquido.
Por ejemplo, se debe decir vapor de agua y no gas de agua y a su vez se debe
decir gas de oxígeno y no vapor de oxígeno.
manual práctico del operador de calderas industriales
1.13. TRANSMISIÓN DE CALOR: RADIACIÓN, CONVECCIÓN Y
CONDUCCIÓN
El calor se transmite de unos cuerpos a otros de tres formas diferentes,
conducción, convección y radiación, tal y como muestra la Figura 1.6.
CONDUCCIÓN
CONVECCIÓN
RADIACIÓN
Figura 1.6. Diferentes formas de transmisión de calor.
En la mayoría de situaciones, la transmisión de calor se produce por las tres
formas, pero en ocasiones la transmisión en una de las formas es tan elevada que
las otras dos pueden despreciarse.
1.13.1.
Transmisión de calor por conducción
La conducción es la propagación del calor en el interior de un cuerpo o entre
cuerpos que están en contacto de forma que la transmisión tiene lugar sin
movimiento de las molé culas de la materia. El calor se propaga de molécula a
molécula haciendo que entren en vibración y choquen con las contiguas. El calor
aplicado en un punto hace que aumente la energía interna de las moléculas,
traspasando su estado de agitación a las moléculas contiguas y así sucesivamente.
El flujo de calor que se propaga a través de un cuerpo depende de dos factores:
• La diferencia de temperaturas.
• El tipo de material.
La conductividad térmica es la cantidad de calor que se pasa por unidad de
tiempo a través de un metro cuadrado de superficie de una pared de caras planas
de un metro de espesor, cuando entre ambas hay una diferencia de temperatura de
1ºC e indica la capacidad de un material para transmitir el calor en su propio seno.
Se representa por }., y sus unidades son:
kcal WX m
w
= b.
--
m x h x ºC
§
o 1en ,._ =
= m X ºC
ºC
En la Tabla 1.8 se muestran los coeficientes de conductividad de diversos materiales.
m
2
X
11.
ID
e
o
"ü
@
l i'
manual práctico del operador de calderas industriales
Tabla 1.8. Coeficientes de conductividad de diversos materiales (
m
)
x kcal
h x ºC .
Material
Temperatura ºC
Conductividad térmica
Acero
100
38,60
Cobre
100
324,00
Fundición de hierro
100
45,00
Madera
20
0,12
Fibra de vidrio
100
0,045
La cantidad de calor transmitida por conducción viene dada por la ley de
Fourier, cuyas expresiones difieren cuando se trata de una superficie plana, un
cilindro o una esfera.
Cantidad de calor que atraviesa una pared plana por conducción
La cantidad de calor que se transmite a través de una superficie plana depende de
la superficie, la diferencia de temperaturas entre ambas caras, del espesor y de la
conduc tividad térmica del material, según la siguiente expresión:
s
A.X S x .6.T
Q =-e
-
Q
Donde:
Q:
1
1
,,,,,,,,,>------
es elflujo de calor en Kcal/h
es la conductividad térmica en Kcalxh x•c
S: es el área de la superficie plana en m'
11.:
.6.T: es la diferencia de temperatura entre las dos
caras de la pared
e: es el espesor de la pared
Figura 1.7. Flujo de calor a través de una superficie plana.
Cantidad de calor que atraviesa una pared cilíndrica por conducción
18
Conceptos
La cantidad de calor que se transmite a través de una superficiebásicos
cilíndrica depende
de los diámetros interior y exterior,la diferencia de temperaturas entre ambas caras
y de la conductividad térmica del material, según la siguiente expresión:
t,-t,
Q = 2 X :n:Xi.. X---
1n
L
Donde:
]
º·
Q: es elflujode calor en Kcal/h
)..: es la conductividad térmica en Kcal/(mx hx
ºC) D1:es el diámetro Interior del tubo en m
D2 :es el diámetro exterior del tubo en m
L: es la longitud del tubo
t 1: es la temperatura de la caraInterior del tubo en °C
t 2 :esla temperatura de la cara exterior del tubo en °C
Figura 1.8 Flujo de calor a través de una superficie cilíndrica.
Cantidad de calor que atraviesa una pared esférica por conducción
La cantidad de calor que se transmite a través de una superficie esférica depende
de los diámetros interior y exterior, la diferencia de temperaturas entre ambas caras
y de la conductividad térmica del material, según la siguiente expresión:
---.---··-··-··-··-··-··-···"···-··-·-·-··-·· .
Donde:
Q: es el flulo de calor en Kcal/h
A: es la conductividad térmica en Kcal/(m X h X ºC)
D1 : es el diámetro de la esfera interior en m
o2 :es el diámetro de la esfera exterior en m
t 1 : es la temperatura de la caraInterior de la esfera menor en oC
t 2 :es la temperatura de la cara exterior de la esfera mayor en oC
----L.-..._e.:.:•:..-····· ··-··-··-·····-·-·· ··-··
Figura 1.9. Flujo de calor a través de una superficie esférica .
ii
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@
42
e
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ro
e
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'
(1
)
.
o
ü
3.2. T
r
a
n
s
m
i
s
i
ó
n
d
e
c
a
l
o
r
p
o
r
c
o
n
v
e
c
c
i
ó
n
La convección se define como la transmisión de energía calorífica de un punto a
otro de un fluido por movimiento de la propia materia.
Los líquidos y los gases son malos conductores del calor, por ello la transmisión
de calor se realiza, con o sin cambio de estado, principalmente por convección.
La convección puede ser: libre o natural y forzada.
19
manual práctico del operador de calderas
industriales
Convección libre o natural
Al aportar calor a un fluido, aumenta su temperatura y disminuye su densidad, por
esa razón las moléculas calientes ascienden y este movimiento hace que el calor se
transmita de unas moléculas a otras del fluido.
Un ejemplo, es el que se produce al calentar un líquido por la parte inferior del
reci piente en que se encuentra. Las moléculas captan la energía y entonces se
desplazan en sentido ascendente a través del líquido frío a la parte superior del
recipiente.
Otro ejemplo típico de convección natural, es el tiro de las chimeneas. Al
aumentar la temperatura de un fluido (gas) se produce el movimiento ascensional de
las moléculas más calientes.
Convección forzada: laminar o turbulenta
En la convección forzada interviene un nuevo elemento, generalmente una bomba
de circulación o un ventilador,que incrementa el movimiento molecular del fluido.
El flujo de un fluido circulando por una tubería, su velocidad es máxima en el
eje del tubo y disminuye hasta anularse en la pared. En las inmediaciones de la
pared del tubo, el líquido, como consecuencia de la viscosidad, tiene velocidad próxima
a cero formando una capa de transición, denominada capa límite.
Este movimiento puede producirse en régimen laminar o en régimen turbulento,
se gún sea el valor de la velocidad del fluido y cuando la velocidad alcanza su valor
crítico se produce el tránsito del régimen laminar al turbulento.
Los factores que intervienen en uno u otro régimen, son:
a) El número de Reynolds (Re).
p X vX D
Re = --µ
Donde:
Re: número de Reynolds, que es un número
adimensional v:
velocidad
D: diámetro
µ: viscosidad
b) Rugosidad de las paredes del circuito.
El régimen de flujo es laminar para Re = 2.300; inestable (pudiendo ser laminar
o turbulento) para valores de Re entre 2.300 y 5.000 y turbulento para Re > 5.000.
20
Conceptos básicos
Para el estudio de la transmisión de calor por convección, las fórmulas se
complican dado que sus cálculos son básicamente experimentales como
consecuencia de que el fluido transmisor está en movimiento.
Hay dos casos que tienen un interés práctico:
a)Superficies planas:
10,181
Q=CX
T- X (87) 1•2666
X
(1 + 0,794
X
v )º·5
m
b)Superficies cilíndricas:
10,2
Q=CX
d
10,181
X
T- X (87) 1•2666
X
(1 + 0,794
X
v )º·5
m
Donde:
k 1
Q: calor transmitido en ca 2
hx m
C: coeficiente experimental
d: diámetro en m
T+ T
ª en ºC
Tm: temperatura media Tm s
2
=
8T = Ts - Ta
T5: temperatura de la superficie en ºC
Ta : temperatura ambiente en ºC
1.13.3. Transmisión de calor por radiación
Todo cuerpo a una temperatura mayor de O ºK emite energía radiante en forma de
ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz en el aire o en el
vacío. La energía radiante emitida se propaga en línea recta y es función de la
temperatura y de la superficie del cuerpo emisor.
Cuando las ondas inciden sobre un cuerpo que no es transparente a ellas, son
absor bidas y su energía se transforma en calor.
Se define como cuerpo negro aquel que es capaz de absorber toda la radiación
que recibe.
Un cuerpo que absorbe bien la radiación es también un buen emisor. Las
superficies metálicas pulidas absorben y emiten poca radiación.
La emisividad (E) es la relación entre el poder emisivo real de la superficie del
mate rial y del poder emisivo que tendría si fuese un cuerpo negro. Varía de O a 1,
siendo l la correspondiente al cuerpo negro.
La ecuación de Stefan-Boltzman define las variables que influyen en la
cantidad de energía emitida por un cuerpo en la unidad de tiempo.
Q = E X 5 X a X T4
21
Conceptos
básicos
Donde:
Q: calor emitido en kcal/h
kcal
a: constante de Stefan-Boltzman = 4,88 x 10-s en ----
h X m 2 X T4
5: superficie en
2
m
E: emisividad del cuerpo (es adimensional ya que está referida al cuerpo
negro) T: temperatura de la superficie en ºK
Un cuerpo con temperatura superior a O ºK emite energía radiante al ambiente
y simultáneamente recibe energía radiante procedente del ambiente_
Si se trata de una superficie S (en m2), con una emisividad E, a una temperatura T1 (en
ºK) en un ambiente a una temperatura Tª (en ºK), la energía neta Q que recibe, en
kcal/h, viene dada por la expresión:
Q = 4,88 X 10-s X 5 X
E X
(T/ -T3 4)
En la Tabla L9 se muestran diversos coeficientes de emisividad_
Tabla 1.9. Coeficientes de emisividad de diferentes superficies.
Superficie
Coeficiente
Acero inoxidable
0,28
Aluminio pulido
0,09
Aluminio oxidado
0,25
Chapa de acero
0,55
Chapa de acero oxidado
0,65
Fibra mineral
0,70
Asbesto-Cemento
0,90
Acero galvanizado
0,30
Pintura negra
0,87
Pintura de aceite
0,94
Pintura de aluminio
0,52
Yeso
0,95
1.14. VAPOR DE AGUA: SATURADO, SOBRECALENTADO,
RECALENTADO Y EXPANSIONADO
Entre los distintos estados de la materia, hay un caso especial como es el agua y,
en particular el caso del vapor de agua es especialmente relevante. Se han hecho
diversos experimentos y realizado distintas curvas, relacionando las variables presión,
volumen y temperatura, siendo la experiencia de Andrews pionera en este asunto.
Experiencias de Andrews
En 1869 Andrews comprimió C02 a temperatura constante utilizando un cilindro de
pare des resistentes, dentro del cual había un manómetro y un termómetro, como
se muestra en la Figura 1.10.
Termómetro
.,.
..: : : : :.
-: - · -· -
;'_,•""
...........
JJr',....,...·
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·-·-·-·- Manómetro
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/ Pistón
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;·......__ ;
(
\\\
., C02
\
CIiindro
Figura 1.10. Experimento de Andrews.
Manteniendo constante una temperatura determinada, Andrews fue disminuyendo el
volumen y leyendo la presión y el volumen en cada instante. Repitiendo el
experimento a diferentes temperaturas, determinó una serie de puntos tales como Vu, VL2 ,
VL3, Vv 1, Vv 2 , Vv 3 , de forma que al unirlos obtuvo una curva, denominada curva de
saturación. Esta curva tiene un máximo que coincide con el punto crítico y que la
divide en dos, la parte de la izquierda corresponde a los puntos del líquido saturado
y la parte de la derecha a los del vapor saturado, tal como se muestra en la Figura
1.11.
42
e
·¡;
ro
"'
(1 )
e
o
. ü
ii
w
@
23
Conceptos básicos
p
Punto critico
Punto triple
Figura 1.11. Diagrama presión-volumen-temperatura .
Andrews repitió el experimento con otras sustancias y mezclas viendo que cada
sus tancia tiene su propia temperatura crítica, por encima de la cual no es posible
licuar o condensar el gas, cualquiera que sea la presión, es decir,que para
condensar el gas solo se consigue enfriándolo a una temperatura inferior a la
crítica.
En el caso del vapor de agua el comportamiento es similar; así partiendo del
punto X de la curva isoterma T,se empieza a comprimir el vapor manteniendo constante
la tempe ratura hasta alcanzar el punto F (vapor saturado), si se sigue comprimiendo
aparecen las primeras gotas de líquido, que van aumentando hasta el punto D (líquido
saturado) donde se alcanza la total desaparición del vapor, pasando por una serie de
estados intermedios, con distintas mezclas líquido-vapor.
A las diferentes proporciones líquido-vapor se las denomina título del vapor,
que varía de O a l.Cuando este valor es cero, se dice que es un líquido saturado, y
cuando es uno, es un vapor saturado, pasando por estados intermedios dentro de
este rango.
Este fenómeno ocurre cuando no se parte de la temperatura crítica o superior,
para la cual, por mucho que se comprima el vapor nunca se llega a licuar,esta
temperatura se denomina temperatura crítica y la presión y volumen también se
denominan críticos, es lo que se denomina punto crítico "C".
A modo de resumen se definen los siguientes conceptos relacionados con el
vapor de agua:
manual práctico del operador de calderas
industriales
Vapor saturado
Un vapor es saturado, cuando sus condiciones de presión y temperatura
corresponden al punto de cambio de estado. En la práctica se denomina vapor
saturado seco si en su seno no existe partícula alguna de agua en estado líquido y
vapor húmedo si en su seno hay partículas de agua en estado líquido.
Vapor sobrecalentado
Es el vapor que habiendo llegado a vapor seco (sin fase líquida), se le continúa
suminis trando calor. Es el vapor proveniente de una caldera.
Vapor recalentado
Es el vapor proveniente de una máquina que ha cedido calor o parte de energía y
vuelve a calentarse. Por ejemplo, el calor que proviene de una turbina y se envía a un
recalentador para elevar su temperatura.
Vapor expansionado o vapor flash
Es el vapor que se genera cuando se expansionan los condensados, es el llamado vapor
flash producido en un depósito de revaporización.
1.15. VOLUMEN ESPECÍFICO DEL VAPOR DE AGUA
Se denomina volumen específico de un cuerpo al volumen ocupado por la unidad de
masa de dicho cuerpo siempre y cuando este sea homogéneo.
Vo 1 umen espec1'f'1co = Volumen
Masa
Por otra parte, se denomina densidad a:
.
Masa
Densidad = 1
Vo umen
El volumen específico Ve es la inversa de la densidad p:
1
Ve = p
En el caso del vapor hay que tener en cuenta que es muy compresible, su
volumen depende de la presión y de la temperatura que soportan, por lo que para
poder estudiar el volumen y la presión de una masa de vapor, es necesario
mantener la temperatura durante el proceso (compresión isotérmica). Cuando un
gas se comprime sin variar la temperatura, su volumen disminuye de tal forma que
para una determinada masa gaseo-
25
manual práctico del operador de calderas
industriales
sa (m), el producto de la presión (P) por el volumen ( V) se mantiene constante
según la Ley de Boyle-Mariotte:
P x V = cte.
También se cumple que para dos situaciones de una misma masa de vapor,
una a presión P1y un volumen V1 y otra de volumen V2 y presión P2 :
P1 x
v1 = P2 x v2 = cte.
Y como la masa no cambia, aunque sí lo haya hecho el volumen, la igualdad
anterior se cumple también con los volúmenes específicos:
P1 X Ve1 = P2
X
Ve2 = cte.
Por tanto, los volúmenes específicos de vapor saturado disminuyen al
aumentar la presión y son siempre mayores que los volúmenes específicos de
líquido, excepto en el punto crítico "C", donde ambos son iguales.
1.16. CALO R ESPECÍFICO
Como ya se ha comentado, el calor específico es la cantidad de calor que hay que
ceder a la unidad de masa para que su temperatura aumente un grado. Las
unidades son: caloría x g·1x °K·1
Al definir el concepto de temperatura se llegó a la expresión del calor específico:
Ce = _!5_
2H
Donde:
Ce: calor
específico
K y H: constantes que dependen de cada sustancia
El calor específico depende de las condiciones de presión y temperatura
iniciales, por lo que se utiliza el calor específico medio, que corresponde al valor
aportado por la unidad de masa, dividido por la diferencia de temperaturas final e
inicial.
Cem =-Q
t,- ti
En el caso de los gases, hay que distinguir entre el calor específico a volumen
cons tante Cv y el calor específico a presión constante Cp.
Cp - Cv = R = 1,987 "" 2 cal/mol ºK, donde R es la constante universal de los
gases perfectos.
Cp/ Cv = y, donde y es el coeficiente de dilatación adiabática.
26
El calor específico a presión constante, Cp, se determina en un calorímetro,
haciendo pasar un gas caliente por un tubo sumergido en agua y midiendo la
velocidad del gas, la diferencia de temperaturas entre la entrada y la salida del
calorímetro y la elevación de la temperatura del agua.
La determinación experimental del calor específico a volumen constante, Cv, es
difícil de realizar en la práctica, por eso se emplea el método de cálculo basado en
la ecuación que relaciona este con el calor específico a presión constante, Cp,
como se muestra a continuación:
Cp X T = Cv X T + P X V
Considerando 1mol de un gas al que se le suministra calor, a presión y
volumen constantes, para calentarlo y así elevar su temperatura T, por la ecuación
de los gases perfectos, se cumple:
P x V = n x R x T, si ( n = 1) - P x V = R x T
Sustituyendo en la ecuación anterior:
Cp X T = Cv X T + R X T - Cp = Cv + R - R = Cp - Cv
El
x litro 1987207 "" 2
I d R O 082 atmósfera
caloría
es '
ºK x mol
o ' ºK
x mol va or e
Por tanto:
Cp - Cv "" 2
Una vez medido experimentalmente Cp, se calcula Cv a partir de esta última ecuación.
1.17. RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN Y LA TEMPERATURA
DE VAPOR
La relación entre la presión y la temperatura de vaporización puede verse en la Figura
1.12. En la Figura 1.12 las líneas AB, BD y BC corresponden a valores (P,7) en
las que coexisten las siguientes fases:
• En la línea BA coexisten en equilibrio líquido y gas.
• En la línea BD coexisten en equilibrio sólido y líquido.
• En la línea BC coexisten en equilibrio sólido y gas.
El punto B marca los valores de P y T en los que coexisten tres fases, sólido,
líquido y gas, y se denomina punto triple. Este punto, que indica la temperatura
mínima a la que el líquido puede existir, es característico de cada sustancia, y
puede emplearse como referencia para calibrar termómetros.
El punto A indica el valor máximo (PC' TJ en el que pueden coexistir en equilibrio
dos
fases, y se denomina punto crítico. Representa la temperatura máxima a la cual se pue-
2?
manual práctico del operador de calderas industriales
de licuar el gas simplemente aumentando la presión. Fluidos con T y P mayores que Te y
Pe se denominan fluidos supercríticos.
P<atrn>
Punto crítico
218
Fase líquida
Agua
................ ...¡-_
1
f?- ............:
Fase sólida :
0,006
Hielo
. ...............-:.
:
..
..
:..
=
:..
Fase gaseosa
=
¡e
¡
Vapor
e
(ºC)
100
Figura 1.12. Diagrama presión-temperatura para el agua.
374
1.18. TABLAS DE TRANSFORMACI ONES DE
UNIDADES Y TABLAS DE VAPOR DE
AGUA
Con el fin de facilitar la resolución de ejemplos prácticos de cambio de unidades,
cambios de estado, etc.,se incluyen las tablas siguientes:
Tabla 1.10. Conversión de unidades.
Longitud
28
m
mm
pulgada
pie
yarda
milla
l
1000
39,3700787
3,2808399
l ,0936133
0,00062137
0,001
l
0,0393701
0,0032808
0,0010936
0,00000062137
0,0254
2544
l
0,08333
0,02777
0,000015782
0,3048
304,8
12
l
0,333
0,00018939
0,9144
914,4
36
3
l
0,00056818
Superficie
m2
hectárea
pulgada 2
pie2
yarda2
acre
l
0,0001
l .550,003 l
10,76391
l ,19599
0,000247ll
10000
l
15.500.031
107639,l
0,000ll96
2,4710538
0,00064516
0,0000000645
l
0,006944
0,0007716
0,00000015942
0.09290304
0,0000092903
144
l
O,lll
0,000022957
0,8361274
0,000083613
1296
9
l
0,00020661
4046 ,856
0,4046856
6.272.640
43560
4840
l
Volumen
m'
litro
pie3
galón (USA)
galón (GB)
barril
petróleo
l
1000
35,3146667
264,17205
219,96923
6,2898l08
0,001
l
0,0353147
0,2641721
0,2199692
0,0062898
0,0283168
28,3168466
l
7,4805195
6,2288349
0,1781076
0,0037854
3,7854ll8
0,1336806
l
0,8326741
0,0238095
0,0045461
4,5460904
0,1635437
l,20095
l
0,028594
1589873
158987295
56145833
42
34,9723128
l
l gal (USA) 3,78541 pie3
l pie' 0,0283 m 3
Presión
kPa
atm
mmHg
mH20
psi
bar
l
O,Ol01972
7,5006278
0,1019745
0,1450377
0,01
98,0665
l
735,560217
l000028
14,2233433
0,980665
0,1333222
0,0013595
l
0,0135955
193367
0,0013332
9,8063754
0,0999972
73,5539622
l
l ,4222945
0,0980638
6,5947573
0,070307
51,7150013
0,7030893
l
0,0689476
100
l,0197162
750,062679
10,1974477
14,5037738
l
l pulgada H,O (60 ºF) 0,248843 kPa
l pulgada Hg (60 ºF) 3,37685 kPa
l atm 101,325 kPa 760 mm Hg
l torr (101,325/760) kPa
Tabla 1.10. Conversión de unidades (continuación).
Energía (calor y trabajo)
kJ
kW x h
hp
h (USA)
l
0,0002777
0,000372506
3.600
l
2.684,5195
h (UK)
kcal
BTU
0,000377673
0,2388459
0,9478171
l,3410221
l,3596216
859,84523
3.412,1416
0,7456999
l
l ,0138697
641,18648
2.544,4336
2.647,7955
0,7354988
0,9863201
l
632,41509
2.509,6259
4,1868
0.001163
0,00155961
0,00158124
l
3,9683207
l,0550559
0,000293071
0,00039301
0,000398466
0,2519958
l
X
l termia 1000 kcal
l termia I00.000 Btu
l Btu 1055,0558 J
l kilogramo fuerza x metro (Kgf x m)
CV X
0,00980665 kJ
Macrounidades de energía
Terajulio
Gigavatio x
hora
Teracaloría
Tm
equivalente de
carbón
Tm
equivalente
de petróleo
Barril
petróleo
día-año
TJ
GW x h
Tcal
tec
tep
Bd
l
0,2727
0,2388459
34,1208424
23,8845897
0,4955309
3-6
l
0,8598452
122,8350326
85,9845228
l ,7839ll3
4,1868
1,163
l
142,8571429
100
2,0746888
0,0293076
0,008141
0,007
l
0,7
0,0145228
0,041868
O,Oll63
0,01
l,4285714
l
0,0207469
2,0180376
0,560568
0,482
68,8571429
48,2
l
Potencia
kW
kcal/h
BTU/h
hp (USA)
l
859,84523
3412,1416
l,3410221
l ,3596216
Tm
refrigera
c.
0,2843494
0,00ll63
l
3,9683207
0,0015596
0,0015812
0,0003307
0,00029307
0,2519958
l
0,00039301
0,00039847
0,000083335
0,7456999
641,18648
2.544,4336
l
l ,0138697
0,2120393
0,7354988
632,41509
2.509,6259
0,9863201
l
0,2091386
3,5168
3.023,9037
ll .999,82
4,7161065
4,7815173
l
30
CV
(UK)
Conceptos básicos
li
Energía interna
Entalpía
Entropía
Tabla 1.11.Vol=on
Variables termodinámicas
del vapor de agua
(entrada : temperatura)
.
'-
específico
kJ/kg
m3/kg
Líquido
I•
Temp.
ºC
0,01
Vapor
Líquido
kJ/kg
Vapor
Líquido
Vapor
Presión Saturado Saturado Saturado Saturado Saturado Vapor
bar
yf X 103
Vg
0,00611 1,0002 206,136
hfg
kJ/kg X ºK
Vapor
Líquido
Vapor
Saturado Saturado Saturado
Uf
Ug
hf
hg
Sf
Sg
0,00
2375 ,3
0,01
2501 ,3 2501 ,4 0,0000
9,1562
4
0,00813 1,0001 157,232
16,77
2380,9
16,78
2491 ,9 2508,7
0,0610
9,0514
5
0,00872 1,0001 147,120
20,97
2382 ,3
20,98
2489 ,6 2510,6
0,0761
9,0257
6
0,00935 1,0001 137,734
25,19
2383,6
25,20
2487,2
0,0912
9,0003
8
0,01072 1,0002 120,917
33,59
2386,4
33,60
2482 ,5 2516,1
0,1212 8,9501
10
0,01228 1,0004 106,379
42,00
2389,2
42,01
2477,7
0,1510 8,9008
2512,4
2519,8
11
0,01312 1,0004
99,857
46,20
2390 ,5
46,20
2475,4 2521 ,6 0,1658
8,8765
12
0,01402 1,0005
93,784
50,41
2391 ,9
50,41
2473,0
0,1806
8,8524
2523,4
13
0,01497 1,0007
88,124
54,60
2393,3
54,60
2470 ,7 2525 ,3 0,1953
8,8285
14
0,01598 1,0008
82,848
58,79
2394 ,7
58,80
2468,3
2527,1 0,2099
8,8048
15
0,01705 1,0009
77,926
62,99
2396 ,1
62,99
2465,9 2528,9 0,2245
8,7814
16
0,01818 1,0011
73,333
67,18
2397,4
67,19
2463,6
8.7582
17
0,01938 1,0012
69,044
71,38
2398,8
71,38
2461 ,2 2532,6
0,2535
8,7351
18
0,02064 1,0014
65,038
75,57
2400,2
75,58
2458,8 2534 ,4 0,2679
8,7123
19
0,02198 1,0016 61,293
79,76
2401,6
79,77
2456,5 2536,2
0,2823
8.6897
20
0,02339 1,0018
83,95
2402 ,9
83,96
2454,1 2538,1
0,2966
8,6672
57,791
2530,8 0,2390
21
0,02487 1,0020
54,514
88,14
2404 ,3
88,14
2451,8 2539 ,9 0,3109
8,6450
22
0,02645 1,0022
51,447
92,32
2405 ,7
92,33
2449 ,4 2541 ,7 0,3251
8,6229
23
0,02810 1,0024
48,574
96,51
2407,0
96,52
2447,0
0,3393
8,6011
24
0,02985 1,0027
45,883
100,70 2408,4
100,70 2444 ,7 2545 ,4 0,3534
8,5794
25
0,03169 1,0029
43,360
104,88
2409,8
104,89 2442 ,3 2547,2
0,3674
8,5580
26
0,03363 1,0032
40,994
109,06
2411,1
109,07 2439 ,9 2549,0
0,3814
8,5367
27
0,03567 1,0035
38,774
113,25 2412 ,5
113,25
2550,8
0,3954
8,5156
28
0,03782 1,0037
36,690
117,42
2413,9 11 7,43 2435 ,2 2552,6
0,4093
8,4946
29
0,04008 1,0040
34,733
121,60 2415,2
121,61 2432 ,8 2554 ,S 0,4231
8,4739
30
0,04246 1,0043
32,894
125,78
2416,6
125,79 2430,5 2556 ,3 0,4369
8,4533
31
0,04496 1,0046
31,165
129,96
2418,0
129,97
2428,1 2558,1 0,4507
8,4329
32
0,04759 1,0050
29,540
134,14 2419 ,3
134,15 2425,7 2559 ,9 0,4644
8,4127
33
0,05034 1,0053
28,011
138,32 2420 ,7
138,33
2561,7
0,4781
8,3927
34
0,05324 1,0056
26,571
142,50 2422 ,0 142,50 2421 ,0 2563,5
0,4917
8,3728
35
0,05628 1,0060
25,216
146,67 2423,4
0,5053
8,3531
2437,6
2423,4
146,68 2418,6
2543,5
2565,3
.._
Tabla 1.11. Variables termodinámicas del vapor de agua (entrada : temperatura) (continuación) .
36
0,05947 1,0063
23,940
150,85 2424,7
2567,1 0,5188
8,3336
38
0,06632 1,0071
21,602
159,20 2427,4 159,21 2411,5
2570,7
0,5458
8,2950
40
0,07384 1,0078
19,523
167,56 2430 ,1 167,57 2406,7
2574,3
0,5725
8,2570
45
0,09593 1,0099
15,258
188,44 2436,8
188,45 2394 ,8 2583,2
0,6387
8,1648
50
0,1235
1,0121
12,032
209,32
209,33 2382,7
2592,1 0,7038
8,0763
55
0,1576
1,0146
9,568
230,21 2450,1
230,23
2600,9
0,7679
7,9913
60
0,1994
1,0172
7,671
251,11
2456,6 251,13 2358,5
2609,6 0,8312
7,9096
65
0,2503
1,0199
6,197
272,02
2463,1
2346,2
2618,3 0,8935
7,8310
70
0,3119
1,0228
5,042
292,95
2469 ,6 292,98 2333,8
2626,8 0,9549
7,7553
75
0,3858
1,0259
4,131
313,90 2475 ,9 313,93 232 1,4 2635 ,3 1,0155
7,6824
80
0,4739
1,0291
3,407
334,86
2482,2
7,6122
85
0,5783
1,0325
2,828
355,84
2488,4 355,90 2296 ,0 265 1,9
90
0,7014
1,0360
2,361
376,85
2494,5
376,92
2283,2 2660 ,1 1,1 925 7,479 1
95
0,8455
1.0397
1,982
397,88
2500,6
397,96
2270,2
2668,1
2676 ,1 1.3069 7,3549
2443,5
150,86 2416,2
272,06
2370,7
334,91 2308,8 2643,7
1,0753
1,1343 7,5445
1,2500
7,4159
100
1,014
1,0435
1,673
418,94 2506,5
419,04
2257,0
110
1,433
1,0516
1,210
461,14
2518,1
461,30
2230,2 269 1,5 1,4185 7,2387
120
1,985
1,0603
0,8919
503,50
2529 ,3 503,71 2202 ,6 2706 ,3 1,5276
7,1296
130
2,701
1,0697
0,6685
546,02 2539 ,9 546,31 2174,2 2720 ,5 1,6344
7,0269
140
3,613
1,0797
0,5089
588,74 2550 ,0 589,13 2144,7
150
4,758
1,0905
0,3928 631,68 2559,5
160
6,178
1,1020
0,3071 674,86
170
7,917
1,1143
0,2428 718,33
180
10,02
1,1274
0,1941 762,09
2583,7 763,22
190
12,54
1,1414
0,1565
632,20
2114,3
2568,4
675,55
2082,6
2576,5
719,21 2049,5
806,19 2590,0
807,62
2015,0
2733,9
1,7391 6,9299
2746,5
1,8418 6,8379
2758,1 1, 9427 6,7502
2768,7
2,0419
6,6663
2778,2
2,1396 6,5857
1978,8 2786 ,4 2,2359
6,5079
200
15,54
1,1565 0,1274
850,65 2595 ,3 852,45
1940,7
2793,2
2,3309
6,4323
210
19,06
1,1726
895,53 2599 ,5 897,76
1900,7
2798,5
2,4248
6,3585
6,2861
0,1044
220
23,18
1,1900 0,08619 940,87
2602,4
943,62
1858,5 2802 ,1 2,5178
230
27,95
1,2088 0,07158 986,74
2603,9
990,12
1813,8 2804 ,0 2,6099 6,2 146
240
33,44
1,2291 0,05976 1033,2
2604,0
1037,3
1766,5
2,7015
6,1437
250
39,73
1,25 12 0,05013 1080,4 2602 ,4 1085,4
1716,2 280 1,5 2,7927
6,0730
260
46,88
1,2755 0,04221 1128,4
2599 ,0 1134,4
1662,5
2796,6
2,8838
6,0019
270
54,99
1,3023 0,03564 1177,4
2593,7
1184,5
1605,2
2789,7
2,9751
5,9301
280
64,12
1,3321 0,03017 1227,5 2586,1
1236,0
1543,6 2779,6 3,0668
5,8571
290
74,36
1,3656 0,02557 1278,9 2576,0
1289,1 1477,1 2766 ,2 3,1594
5,7821
300
85,81
1,4036 0,02167 1332,0 2563,0 1344,0
1404,9 2749 ,0 3,2534
5,7045
320
112,7
1,4988 0.01549 1444,6 2525 ,5 1461,5
1238,6 2700 ,1 3,4480
5,5362
340
145,9
1,6379 0,01080 1570,3 2464,6
1027,9
5,3357
32
1594,2
2803,8
2622,0 3,6594
Conceptos básicos
;
Tabla 1.12. Variables termodinámicas del vapor de agua (entrada : presión) .
Volumen
Energía ínterna
Entalpía
Entropía
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg X ºK
ffico
m3/kg
Líquido
Vapor
Líquido
Vapor
Líquido
Vapor
Presión Temp. Saturado Saturado Saturado Saturado Saturado
Vapor
Vapor
Líquido
Vapor
Saturado Saturado Saturado
bar
ºC
vf x l0
0,04
28,96
1,0040
34,800
121,45 2415 ,2
121,46 2432 ,9 2554 ,4 0,4226
8,4746
0,06
36,16
1,0064
23,739
151,53 2425 ,0
151,53 2415 ,9 2567,4
0,5210
8,3304
0,08
41,51
1,0084
18,103
173,87 2432 ,2 173,88 2403,1 2577,0
0,5926
8,2287
0,10
45,81
1,0102
14,674
191,82 2437,9
2584,7
0,6493
8,1502
0,20
60,06
1,0172
7,649
251,38 2456 ,7 251,40
2358,3 2609,7
0,8320
7,9085
0,30
69,10
1,0223
5.229
289,20
2468,4
289,23 2336 ,1 2625 ,3 0,9439
7,7686
0,40
75,87
1,0265
3,993
317,53
2477,0
317,58 2319 ,2 2636 ,8 1,0259
7,6700
0,50
81,33
1,0300
3,240
340,44
2483,9
340,49
7,5939
0,60
85,94
1,0331
2,732
359,79 2489 ,6 359,86
3
Vg
Uf
Ug
hf
hfg
191,83 2392,8
hg
Sf
2305,4 2645 ,9 1,0910
2293,6
2653,5
Sg
1,1453 7,5320
0,70
89,95
1,0360
2,365
376,63 2494,5
376,70
2283,3 2660 ,0
1,1919 7,4797
0,80
93,50
1,0380
2,087
391,58
391,66
2274,1
1,2329
7,4346
0,90
96,71
1,0410
1,869
405,06 2502 ,6 405,15
2265,7 2670 ,9 1,2695
7,3949
1,00
99,63
1,0432
1,694
417,36 2506 ,1 417,46
2258,0
1,50
111,4
1,0528
1,159
466,94
2,00
120,2
1,0605
2,50
127,4
3,00
133,6
3,50
4,00
2498,8
2665,8
2675,5
1,3026
7,3594
467,11 2226,5 2693,6
1,4336
7,2233
0,8857
504,49 2529 ,5 504,70 2201 ,9 2706,7
1,5301
7,1271
1,0672
0,7187
535,10 2537,2
535,37
2181,5 2716 ,9 1,6072
7.0527
1,0732
0,6058
561,15
561,47 2163,8 2725 ,3
1,6718
6,9919
138,9
1,0786
0,5243
583,95 2546 ,9 584,33 2148,1 2732 ,4
1,7275
6,9405
143,6
1,0836
0,4625
604,31
2553,6
604,74
2738,6
1,7766
6,8959
4,50
147,9
1,0882
0,4140
622,25
2557,6
623,25 2120 ,7 2743,9
5,00
151,9
1,0926
0,3749
639,68 2561 ,2 640,23 2108,5
6,00
158,9
1,1006
0,3157
669,90
2519,7
2543,6
2133,8
1,8207
6,8565
2748,7
1,8607
6,8212
2567,4
670,56 2086 ,3 2756,8
1,9312
6,7600
2572,5
697,22 2066 ,3 2763,5
7,00
165,0
1,1080
0,2729
696,44
1,9922
6,7080
8,00
170,4
1,1148
0,2404
720,22 2576 ,8 721,11
2048,0
2769,1 2,0462
6,6628
9.00
175,4
1,1212
0,2150
741,83
2031,1
2773,9
2,0946
6,6226
2580,5
742,83
10,0
179,9
1,1273
0,1944
761,68 2583,6
762,81 2015 ,3 2778,1
2,1387
6,5863
15,0
198,3
1,1539
0,1318
843,16 2594,5
844,84
1947,3 2792 ,2 2,3150
6,4448
20,0
212,4
1,1767 0,09963 906,44 2600 ,3 908,79
1890,7 2799,5 2,4474
6,3409
25,0
224,0
1,1973 0,07998 959,11
1841,0
6,2575
2603,1
962,11
2803,1 2,5547
,
manual práctico del operador de calderas
industriales
Tabla 1.12. Variables termodinámicas del vapor de agua (entrada : presión) (continuación) .
30,0
233,9
1,2165 0,06668 1004,8 2604,1
1045,4
1795,7
2804 ,2 2,6457
1049,8
1753,7
2803,4
6,1869
35,0
242 ,6 1,2347 0,05707
40,0
250,4
1,2522 0,04978 1082,3 2602 ,3 1087,3
1714,1 2801,4
2,7964
6,0701
45,0
257,5
1,2692 0,04406
1676,4
2798,3
2,8610
6,0199
50,0
264,0
1,2859 0,03944
1147,8 2597,1
1154,2
1640,1 2794,3
2,9202
5,9734
60,0
275,6
1,3187 0,03244
1205,4
2589,7
1213,4
1571,0 2784 ,3 3,0267
5,8892
70,0
285,9
1,3513 0,02737
1257,6 2580,5
1267,0
1505,1 2772,1 3,1211 5,8133
80,0
295,1
1,3842 0,02352
1305,6 2569,8
1316,6
1441,3
3,2068
5,7432
90,0
303,4
1,4178 0,02048 1350,5 2557,8
1363,3
1378,9 2742 ,1 3,2858
5,6772
100
311,1
1,4524 0,01803
1317,1 2724,7
3,3596
5,6141
1116,2
2603,7
1008,4
2600,1
1121,9
1393,0 2544 ,4 1407,6
2758,0
2,7253 6,1253
110
318,2
1,4886 0,01599
1433,7 2529 ,8 1450,1
1255,5 2705 ,6 3,4295
5,5527
120
324,8
1,5267 0,01426
1473,0
1193,6 2684,9
5,4924
130
330,9
1,5671 0,01278
1511,1 2496 ,1 1531,5
140
336,8
1,6107 0,01149
1548,6 2476 ,8 1571,1
1066,5 2637,6
3,6232 5,3717
150
342,2
1,6581 0,01034
1585,6 2455 ,5 1610,5
1000,0 2610,5
3,6848
160
347,4
1,7107 0,009306 1622,7
2431 ,7 1650,1
930,6
2580,6
3,7461 5,2455
170
352,4
1,7702 0,008364 1660,2
2405 ,0 1690,3
856,9
2547,2 3,8079
5,1777
180
357,1
1,8397 0,007489 1698,9 2374,3
1732,0
777,1
2509 ,1 3,8715
5,1044
2513,7
1491,3
3,4962
1130,7 2662 ,2 3,5606 5,4323
5,3098
190
361,5
1,9243 0,006657 1739,9 2338,1
1776,5
688,0
2464,5
3,9388
5,0228
200
365,8
2,036 0,005834 1785,6 2293,0
1826,3
583,4
2409.7
4,0139
4,9269
220,9
374,1
3,155 0,003155 2029,6 2029 ,6 2099 ,3
2099 ,3 4,4298
4,4298
o
••
En esta unidad se hace una visión muy general de conceptos que aparecen en el Reglamento
de Equipos a Presión (Real Decreto 2060/2008, de 12 de diciembre, por el que se aprueba
el Regla mento de equipos a presión y sus nstrucciones Técnicas Complementarias), como
definiciones y aspectos legislativos referidos a la seguridad de las operaciones que se llevan a
cabo en la genera ción de vapor o agua caliente.
Además, se proporcionan conceptos generales de las superficies de intercambio calorífico, las
for mas de transmisión de calor, los elementos de las calderas pirotubulares y acuotubulares
y,la cla sificación de las calderas para facilitar la comprensión en posteriores unidades, donde
se analizan con más detalle todos estos conceptos.
Contenidos
2.1.Definiciones
2.2.Conceptos exigibles
2.3.Elementos que incorporan las calderas
2.4.Requisitos de seguridad
2.5.Tipos y partes principales de una caldera
2.6.Superficies de calefacción: superficie de radiación y de convección
2.7.Transmisión de calor en calderas
2.8.Tipos de calderas según su
disposición
2.9.
Tipos de calderas según su circulación
2.10.
Tipos de calderas según sus características principales
2.11.
Obtención del carné de operadores industriales de calderas
manual práctico del operador de calderas
industriales
2.1. DEFINICIO N ES
De acuerdo con el Reglamento de Equipos a Presión (Real Decreto 2060/2008, de
12 de diciembre), CapítuloI,Artículo 2, además de las definiciones incluidas en el Real
Decreto 769/1999, de 7 de mayo, en el Real Decreto 1495/1991, de 11 de
octubre y en el Real Decreto 222/2001,de 2 de marzo, se tendrán en cuenta estas
otras definiciones:
• Comercialización, la puesta a la venta, la exposición, la venta, la
importación, el alquiler, la puesta a disposición o la cesión de equipos a
presión o conjuntos en la Unión Europea.
• Empresa instaladora de equipos a presión, la persona física o jurídica,
que acreditando disponer de los medios adecuados, realiza las instalaciones y
asume la responsabilidad de su correcta instalación.
• Empresa reparadora de equipos a presión, la persona, física o jurídica
que, acreditando disponer de los medios adecuados, realiza las reparaciones y
asume la responsabilidad de las mismas.
• Fabricante, la persona, física o jurídica, que asume la responsabilidad del diseño
y fabricación de un producto con objeto de comercializarlo en su nombre o
ponerlo en servicio.
• Inspección periódica, examen, reconocimiento, pruebas y ensayos, necesarios
para garantizar que se mantienen las condiciones de seguridad y
funcionalidad requeridos por este reglamento.
• Inspecciones y pruebas en el lugar del emplazamiento, toda inspección anterior
a la puesta en servicio o durante la misma de un equipo a presión o instalación.
• Instalación, la implantación en el emplazamiento de equipos a presión que
cum plen una función operativa, incluidos los ensamblajes de los distintos
elementos.
• Modificación de equipos a presión, la transformación o cambio de las
carac terísticas técnicas originales o de la función principal de un equipo a
presión, así como de sus accesorios de seguridad.
• Modificación de instalaciones, la transformación de una instalación
existente por ampliación, reducción o sustitución de equipos a presión por
otros de caracte rísticas diferentes.
• Organismo de control autorizado (OCA), entidad pública o privada, con perso
nalidad jurídica, que se constituye con la finalidad de verificar el
cumplimiento de las condiciones de seguridad de carácter obligatorio de
productos e instalaciones industriales, establecidas por los reglamentos de
seguridad industrial, mediante actividades de certificación, ensayo,
inspección o auditoria y que dispone de au torización de la Administración
para efectuar las tareas contempladas en este reglamento, de acuerdo con lo
indicado en el Real Decreto 2200/1995, de 28 de diciembre, por el que se
36
Generalidades sobre las
calderas
aprueba el Reglamento de la infraestructura
de la calidad y la seguridad
industrial.
3?
• Presión máxima admisible (PS), la presión máxima para la que está
diseñado el equipo, especificada por el fabricante. Esta presión es equivalente a
la denomina da como presión de diseño en la reglamentación anterior.
• Presión de precinto (Pp), la presión a la que está tarado el elemento de
seguri dad que protege al equipo a presión.
• Presión de prueba (PT), aquella presión a la que se somete el equipo a
presión para comprobar su resistencia. Corresponde a la mayor presión
efectiva que se ejerce en el punto más alto del aparato durante la prueba de
presión.
• Presión máxima de servicio (Pms), la presión más alta, en las condiciones
de funcionamiento, que puede alcanzar un equipo a presión o instalación.
• Puesta en servicio, la puesta en funcionamiento por el usuario de un equipo
a presión o instalación, para su primera utilización o después de una
reparación, modificación o cambio de emplazamiento.
• Reparación, la acción de recomponer las partes sometidas a presión de un
equi po, que garantice las características y las condiciones iniciales de
fabricación y de funcionamiento.
• Temperatura, la magnitud física del nivel térmico de los fluidos en el interior
de un equipo a presión, medida en grados Celsius.
• Temperatura máxima/mínima de servicio (Tms), la temperatura más alta
o más baja que se estima puede producirse en el interior del equipo en
condiciones extremas de funcionamiento.
• Usuario, la persona física o jurídica que utiliza, bajo su responsabilidad, los
equi pos a presión o instalaciones.
Nota: ndependientemente de las definiciones contempladas en el Capítulo 1Artículo
2 del Reglamento de Equipos a Presión (Real Decreto 2060/2008, de 12 de
diciembre), la denominación de equipo a presión para referirse a todo elemento
diseñado y fabricado para contener fluidos a presión superior a 0,5 bar. En esta
denominación se incluyen todos los elementos que se contemplan en el presente
reglamento como aparatos a presión, recipientes a presión simples, equipos a
presión, conjuntos, tuberías y equipos a presión transportables. Cuando en el
Reglamento de Equipos a Presión (Real Decreto 2060/2008, de 12 de diciembre), se
haga referencia a equipos a presión incluidos en el ámbito de aplicación del Real
Decreto 769/1999, de 7 de mayo, por el que se dictan las disposiciones de
aplicación de la Directiva 97/23 /CE, se indicará de forma expresa.
De acuerdo con el Artículo 2 de la instrucción técnica complementaria ITC EP-1
Cal deras, CapítuloI, sin perjuicio de la terminología que figura en el Artículo 2 del Regla
mento de equipos a presión y en la norma UNE 9-001,a los ef ectos de esta ITC se
estará a las siguientes definiciones:
• Caldera, todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier
fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, a través
de un medio de transporte en fase líquida o vapor.
• Caldera de vapor, la que utiliza como fluido caloportante o medio de
transporte el vapor de agua.
• Caldera de agua sobrecalentada, toda caldera en la que el medio de
transporte es agua a temperatura superior a 110 ºC.
• Caldera de agua caliente, toda caldera en la que el medio de transporte es
agua a temperatura igual o inf erior a 110 ºC.
• Caldera de fluido térmico, toda caldera en la que el medio de transporte de
calor es un líquido distinto del agua.
• Caldera automática, caldera que realiza su ciclo normal de funcionamiento
sin precisar de acción manual alguna, salvo para su puesta inicial en
funcionamiento o en el caso de haber actuado alguno de los dispositivos de
seguridad que hayan bloqueado la aportación calorífica.
• Caldera manual, la que precisa de una acción manual para realizar algunas
de las funciones de su ciclo normal de funcionamiento.
• Caldera móvil, la que está en servicio mientras se desplaza.
• Caldera con emplazamiento variable, aquella que se monta sobre un
bastidor para facilitar su cambio de ubicación.
• Riesgo ajeno, el que af ecta a viviendas, locales de pública concurrencia,
calles, plazas y demás vías públicas y talleres o salas de trabajo ajenas al
usuario.
• Sala de calderas, local cerrado de uso exclusivo e independiente de otros
servi cios, en el que se encuentra instalada la caldera.
• Recinto de calderas, espacio protegido por cercado, que podrá ser interior a
un local o abierto al exterior.
• Caldera de recuperación de lejías negras, caldera de vapor que utiliza como
combustible las lejías negras concentradas que se generan en el proceso de
fabri cación de pasta de papel al sulfato.
2.2. CONCEPTOS EXIGIBLES
En el entorno que se mueve la generación de vapor, la legislación marca una serie
de exigencias a los cuatro agentes involucrados en la operación, para que esta sea
segura. Dichos agentes son los usuarios, las empresas mantenedoras, el
fabricante y la propia caldera.
2.2.1. Obligaciones de los usuarios
Según el Reglamento de equipos a presión. Capítulo V, Otras disposiciones:
Artículo 9. Obligaciones de los usuarios. Los usuarios de todos los equipos a
presión contemplados en este reglamento, deberán:
38
a) Conocer y aplicar las disposiciones e instrucciones del fabricante en lo
referente a la utilización, medidas de seguridad y mantenimiento.
39
b) No poner en servicio la instalación o impedir el funcionamiento de los equipos a
presión si no se cumplen los requisitos del presente reglamento.
c) Disponer de al menos la siguiente documentación de los equipos a presión mien tras
estén instalados: declaración de conformidad, en su caso, instrucciones del
fabricante, y si procede, certificado de la instalación, junto con otra documenta ción
acreditativa (en su caso, proyecto de la instalación, acta de la última inspec ción
periódica, certificaciones de reparaciones o modificaciones de los equipos, así como
cualquier otra documentación requerida por la correspondiente instruc ción técnica
complementaria (ITC) de este reglamento). En el anexo V de este reglamento, se
indican los contenidos mínimos de los documentos necesarios para la acreditación
de la instalación, inspecciones periódicas, reparación o mo dificación de los equipos a
presión o de los conjuntos. Esta documentación estará a disposición del órgano
competente de la Comunidad Autónoma y de las empre sas que efectúen las operaciones
de mantenimiento, reparación e inspecciones periódicas.
d) Utilizar los equipos a presión dentro de los límites de funcionamiento previstos por el
fabricante y retirarlos del servicio si dejan de disponer de los requisitos de seguridad
necesarios.
e) Realizar el mantenimiento de las instalaciones, equipos a presión, accesorios de
seguridad y dispositivos de control de acuerdo con las condiciones de operación y las
instrucciones del fabricante, debiendo examinarlos al menos una vez al año.
f) Ordenar la realización de las inspecciones periódicas que les correspondan, de
acuerdo con lo dispuesto en el artículo 6 de este reglamento.
g) Disponer y mantener al día un registro de los equipos a presión de las categorías
Ia V del Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, o asimilados a dichas categorías según su
artículo 3.2, así como de las instalaciones sujetas a este reglamento, excepto los
extintores y los equipos que no requieran inspecciones periódicas, incluyendo las
fechas de realización de las inspecciones periódicas, así como las modificaciones o
reparaciones.
h) Ordenar, en su caso, las reparaciones o modificaciones de acuerdo con lo dis puesto
en los artículos 7 y 8 de este reglamento.
i) Informar de los accidentes que se produzcan, de acuerdo con lo dispuesto en el
artículo 14 del presente reglamento.
Artículo 12. Obligaciones de los usuarios. Además de las obligaciones
indicadas en el artículo 9 del Reglamento de equipos a presión, en las
instalaciones incluidas en la presente ITC, deberán cumplirse estas otras
obligaciones:
a) Operación de la caldera. El usuario deberá designar a una persona
capacitada para realizar la operación de la caldera mientras esté en
funcionamiento, cum pliéndose en todo momento lo indicado en el artículo
13 sobre operadores de calderas.
Generalidades sobre las
calderas
b) Mantenimiento de la caldera. El usuario deberá realizar un
mantenimiento ade cuado de todos los sistemas de la instalación,
prestando una dedicación especial a los órganos !imitadores o
reguladores para que mantengan su fiabilidad, pro cediendo a la
comprobación de su funcionamiento durante las verificaciones. De
igual forma, prestará una atención especial con respecto a las
obligaciones indi cadas en el artículo 8 de esta ITC sobre el
tratamiento del agua de alimentación.
c) Vigilancia de la caldera. En caso de que se produzca un fallo de
alguno de los ele mentos de control o seguridad, deberá adecuarse
el sistema de vigilancia de la caldera, pasando a vigilancia directa, en
tanto no se restablezcan las condiciones iniciales y se compruebe el
correcto funcionamiento de los elementos averiados.
d) Documentación. Deberá disponerse de la siguiente documentación:
• Libro de la instalación. El operador de la caldera deberá tener a su
disposi ción un libro en el que se indiquen las características de la
instalación y las actuaciones, controles o inspecciones realizadas. El libro
podrá sustituirse por los correspondientes registros que incluyan una
información equivalente. En el anexo IIIde esta ITC, se indica la
información mínima que debe incluirse en el libro o registro
correspondiente. En el libro o registro se anotarán las operaciones
efectuadas para el control de las seguridades. De igual forma, deberán
anotarse las comprobaciones del control del agua de alimentación, los
posibles fallos de funcionamiento, las inspecciones o controles realizados, así
como las reparaciones o modificaciones que puedan realizarse.
• Documentación de la instalación. El operador de la caldera dispondrá al
menos de la siguiente documentación:
- Manual de instrucciones de la caldera.
- Manual de instrucciones del equipo de combustión.
- Manual de instrucciones del tratamiento de agua.
- Relación de elementos y dispositivos de operación o seguridad.
- Manual de seguridad del operador, redactado por el propio usuario,
que contendrá al menos:
o Normativa de seguridad del personal de operación.
oInstrucciones de seguridad para situaciones de emergencia.
oInstrucciones de seguridad para situaciones de fallo de elementos de
control o seguridad. Modificación del sistema de vigilancia de la caldera.
oInstrucciones en caso de accidente.
oInstrucciones en los períodos de inspecciones, mantenimiento y reparación. Equipo de seguridad requerido.
o Prendas de seguridad personal.
oInstrucciones para el personal ajeno a la propia caldera.
oInstrucciones de primeros auxilios.
o Sistema de revisiones del Manual de seguridad.
manual práctico del operador de calderas
industriales
- Datos obtenidos en el protocolo de puesta en marcha.
- Prescripciones de los niveles de emisiones a la atmósfera.
- Dirección del servicio técnico para la asistencia de la caldera y
quemador.
- Dirección del servicio contra incendios más próximo.
2.2.2. Obligaciones de las empresas instaladoras y reparadoras
Las empresas instaladoras y reparadoras de equipos a presión están obligadas a:
a) Disponer de la correspondiente inscripción en el órgano competente de la Comu nidad
Autónoma correspondiente a su domicilio social.
b) Mantener al día los requisitos de inscripción y renovarla antes de su vencimiento,
notificando, en su caso, las modificaciones de los datos declarados.
c) En caso de realizar actuaciones en otra Comunidad Autónoma, notificar al corres
pondiente órgano competente las actuaciones que pretende realizar,acompañan do un
certificado de inscripción y no sanción.
d) Realizar las instalaciones, reparaciones o inspecciones periódicas de acuerdo con el
presente reglamento, emitiendo las correspondientes certificaciones.
e) Disponer del correspondiente libro o registro en donde se anoten las actuaciones
realizadas, indicando al menos:
• Fecha de actuación.
• Usuario.
• Tipo de actuación.
•Identificación o características del equipo o de la instalación.
2.2.3. Condiciones exigibles al fabricante
·1:
11.
ID
e
o
·¡¡
@
Al adquirir una caldera, se deberá exigir al fabricante de esta, que junto a la misma
se entregue la siguiente documentación:
a) Expediente de control de calidad:
• Certificados de calidad de los materiales empleados en las
distintas partes so metidas a presión, extendidos por el propio
fabricante o por algún laboratorio homologado por la
Administración.
• Certificado de homologación del proceso de soldadura de la misma.
• Certificados de calificación de los soldadores que han intervenido en su
fabricación.
• Resultado de los ensayos, controles e inspecciones realizados.
b) Cuaderno de instrucciones de funcionamiento:
• Manual de funcionamiento de la caldera y accesorios.
• Manual de funcionamiento del quemador y accesorios.
• Manual de mantenimiento y frecuencia de mantenimientos.
c) Libro de registro del usuario: con identificación y características del mismo.
d) Certificados que han de acompañarse en la solicitud de puesta en servicio.
[!] '-11
Generalidades sobre las
calderas
2.2.4. Condiciones exigibles a la caldera
a) Que incorpore materiales adecuados y una mano de obra cualificada, acordes
con las Reglas de fabricación y el Código de diseño y construcción.
b) Que el colector de lodos e impurezas depositados por el agua esté colocado de
tal forma que pueda manipularse fuera de la acción del fuego.
c) Que la capacidad del agua y del vapor sean suficientes para prevenir las
fluctua ciones del vapor y del nivel de agua.
d) Debe permitir una constante y total circulación de agua en su interior para
man tener la temperatura uniforme en todas sus partes.
e) Debe permitir la dilatación de las diversas partes de la misma, con objeto de
evi tar tensiones internas inadecuadas, que darían como consecuencia la
rotura de la misma.
f) Que la resistencia mecánica de sus elementos esté por encima de cualquier
de formación justificada.
g) Que la cámara de combustión permita que la combustión se inicie y termine
den tro del hogar.
h) Que las superficies de calefacción estén dispuestas de tal manera que
permitan obtener el máximo rendimiento de sus gases de combustión.
i) Que todas sus partes y accesorios sean accesibles para su limpieza y
manteni miento.
j) Que esté proporcionada al trabajo a desarrollar.
k) Que esté equipada con los equipos de medición (termómetros, manómetros,
etc.), válvulas de seguridad y demás accesorios que permitan el perfecto y
seguro fun cionamiento.
1) Que disponga de la correspondiente contraseña de inscripción y registro en
el Ministerio deIndustria y Energía.
2.2.5. Condiciones exigibles a los operadores
Según el Reglamento de equipos a presión. Capítulo V, Artículo 13, en lo referente
a los operadores de calderas debe cumplirse que:
Capacitación del operador
La conducción de calderas debe ser confiada a personal capacitado técnicamente. Los
operadores de calderas serán instruidos en la conducción de las mismas por el
fabrican te, el instalador o por el usuario, si dispone de técnico titulado competente.
Responsabilidades
El operador de la caldera es el responsable de vigilar, supervisar y realizar el
control del correcto funcionamiento de la caldera, debiendo ser consciente de los
peligros que pue-
manual práctico del operador de calderas
industriales
de ocasionar una falsa maniobra, así como un mal mantenimiento o una mala
conducción. Durante el proceso de arranque de la caldera será obligatorio que esta
sea conducida por el operador de la misma, no pudiendo ausentarse hasta que se haya
comprobado que el funcionamiento de la caldera es correcto y todos los dispositivos
de seguridad, limita dores y controladores funcionan correctamente. Deberá poder
actuar de forma inmedia ta, manual o remota, en caso de que se dispare la válvula
de seguridad o cualquier otra de las seguridades de la instalación, hasta que se
restablezcan las condiciones normales de funcionamiento.
Carné de operador industrial de calderas
a)
b)
c)
d)
Las calderas de la clase segunda, a que se hace referencia en el artículo 3.2 de la
pre sente ITC, de vapor o de agua sobrecalentada deberán ser conducidas por personal
con carné de operador industrial de calderas.
Para la obtención del carné deberá disponerse de conocimientos técnicos
adecua dos. Para ello, deberá superarse un curso de capacitación impartido por
entidades auto rizadas por el órgano competente de la Comunidad Autónoma. En el anexo
IIde esta ITC, se indican los conocimientos mínimos, la duración del curso y los
requisitos que deben cumplir las entidades para la impartición de dichos cursos.
El carné, que tendrá validez y eficacia para todo el territorio español, será expedido
por el órgano competente de la Comunidad Autónoma, una vez acreditado por el
solicitante:
Tener cumplidos 18 años.
La superación de un curso impartido por una entidad autorizada, que incluya los
conocimientos y la duración mínima indicada en el anexo de este capítulo.
La superación de un examen realizado por el órgano competente de la comunidad
autónoma.
En el caso de extranjeros, previo cumplimiento de los requisitos previstos en la
normativa española vigente en materia de extranjería e inmigración.
2.3. ELEMENTOS QUE INCORPORAN LAS CALDERAS
·1:
11.
Tratar de hacer una lista exhaustiva con todos los elementos que se incorporan a
las calderas resulta una labor difícil dada la gran variedad de calderas disponibles
en el mercado, por eso se citan los elementos principales y sus accesorios para
tratar de dar una visión general y facilitar la comprensión:
a) Hogar, haz vaporizador y calderines.
b) Economizadores.
c) Precalentadores de aire.
d) Calentadores de aire y de agua.
e) Sobrecalentadores de vapor.
f) Recalentadores de vapor.
ID
e
o
·¡¡
@
[!]
'-13
Generalidades sobre las
calderas
g) Accesorios adicionales: quemadores, ventiladores, bombas de agua de alimen
tación, caballetes y turbinas de agua de alimentación, válvulas de paso,
válvulas de retención, válvulas de purga, indicadores de nivel, manómetros,
termómetros, presostatos, termostatos, etc.
2.4. R EQUISITOS DE SEGU RIDAD
Los requisitos de seguridad pueden resumirse en los artículos 6, 7 y 8 del
Reglamento equipos a presión y que se transcriben directamente a continuación.
Artículo 6. Prescripciones de seguridad de la instalación
A 1. Prescripciones generales
Deberán adoptarse las medidas de seguridad, de rendimiento o medioambientales
indicadas en las correspondientes disposiciones específicas.
La chimenea de evacuación de los productos de combustión deberá diseñarse
según los criterios indicados en la norma UNE 123.001 o en otra norma de
reconocido prestigio. El aislamiento de la chimenea solamente será obligatorio para las
partes accesibles.
Para la ubicación de las calderas, se tendrá en cuenta la clasificación de acuerdo
con el artículo 3, considerando la clase de la mayor caldera en ella instalada y con
indepen dencia de su número.
A2. Condiciones de emplazamiento de las calderas
Las calderas deberán situarse en una sala o recinto, que cumpla los siguientes
re quisitos:
• Ser de dimensiones suficientes para que todas las operaciones de
mantenimiento, inspección y control puedan efectuarse en condiciones seguras,
debiendo dispo nerse de al menos 1m de distancia a las paredes o cercado.
En las zonas donde no existan elementos de seguridad ni se impida el
manejo o el mantenimiento, esta distancia podrá reducirse a 0,2 m.
• Deberán estar permanentemente ventiladas, con llegada continua de aire
tanto para su renovación como para la combustión, y cumplir con los
requisitos espe cíficos en relación con el combustible empleado. Si la sala o
recinto de calderas linda con el exterior (patios, solares, etc.), deberá
disponer de unas aberturas en su parte inferior para entrada de aire,
distantes como máximo a 20 cm del suelo, y en la parte superior, en posición
opuesta a las anteriores, unas aberturas para salida de aire. La sección
mínima total de las aberturas, en ambos casos, vendrá dada por la siguiente
expresión S = Qt/0,58, siendo S la sección neta de ventila ción requerida,
expresada en cm2 y Qt la potencia calorífica total instalada de los equipos de
combustión o de la fuente de calor, expresada en kW. No se admitirán
valores de S menores de 0,5 m2 para las salas con calderas de la clase
segunda, ni menores de 0,1m2 para las salas con calderas de la clase
primera.
manual práctico del operador de calderas
industriales
• En el caso de locales aislados, sin posibilidad de llegada de aire por
circulación natural, se dispondrán llegadas de aire canalizadas, con un
caudal mínimo de 2,5 Nm3/hora por kW de potencia total calorífica instalada
en los equipos de combus tión. Las calderas que como fuente de energía no
utilicen la combustión podrán reducir la ventilación de la sala a la mitad.
• Toda sala o recinto de calderas deberá estar totalmente limpia y libre de
polvo, gases o vapores inflamables.
• En la sala o recinto de calderas se prohíbe todo trabajo no relacionado con
los aparatos contenidos en la misma, y en todos los accesos existirá un
cartel con la prohibición expresa de entrada de personal ajeno al servicio de
las calderas.
• Solo podrán instalarse los elementos correspondientes a sus servicios, no permi
tiéndose el almacenamiento de productos, con la excepción del depósito nodriza
del combustible y los necesarios para el servicio de la caldera.
• Deberá disponerse del manual de funcionamiento de las calderas allí instaladas y
de los procedimientos de actuación en caso de activación de las seguridades.
• En lugar fácilmente visible de la sala o recinto de calderas, se colocará un
cuadro con las instrucciones para casos de emergencia.
AJ. Condiciones de emplazamiento de las calderas de clase primera.
Las calderas de la clase primera podrán estar situadas en un recinto, pero el
espacio necesario para los servicios de mantenimiento e inspección se encontrará
debidamente delimitada por una cerca metálica de 1,20 m de altura, con el fin de
impedir el acceso de personal ajeno al servicio de las mismas. Para las calderas
de vapor o de agua so brecalentada cuyo Pms x VT = 10.000, la distancia mínima
que deberá existir entre la caldera y el riesgo ajeno será de 5 m.
Alternativamente, podrá disponerse de un muro de protección con la resistencia
indicada en el apartado 4.b.2 del presente artículo. La dis tancia mínima señalada
se entiende desde la superficie exterior de las partes a presión de la caldera más
cercana al riesgo y dicho riesgo.
A4. Condiciones de emplazamiento para calderas de clase segunda.
a) Estas calderas deben estar situadas dentro de una sala con dos salidas de
fácil acceso situadas, cada una de ellas, en muros diferentes. En caso de
que las distancias a los riesgos propios y ajenos sean mayores de 10 y 14 m,
respectiva mente, no será necesario disponer de muro de protección.
b) Los muros de protección de la sala deberán cumplir las siguientes condiciones:
b.l. La altura alcanzará, como mínimo, un metro por encima de la parte más
alta sometida a la presión de la caldera.
b.2. Se realizarán de hormigón armado con un espesor mínimo de 20 cm y
con al menos 60 kilogramos de acero y 300 kilogramos de cemento por
metro cúbico. En cualquier caso, podrán utilizarse muros con un momento
flector equivalente.
c) Las aberturas en los muros de protección deberán cumplir las siguientes
condi ciones:
Generalidades sobre las
calderas
c.l. Las puertas serán metálicas, con unas dimensiones máximas de 1,60 m de an
cho por 2,50 m de alto. Pueden incorporar rejillas en celosía para
ventilación.
c.2. Las dimensiones mínimas de al menos uno de los accesos deberán ser
tales que permitan el paso de los equipos y elementos accesorios a la
caldera (tales como quemadores, bombas, etc.), debiéndose respetar un
mínimo de 0,80 m de ancho por 2 m de alto.
c.3. Las puertas de las salas de calderas deberán abrirse en el sentido
de la salida de la sala y estarán provistas de dispositivo de fácil
apertura desde el interior.
c.4. Toda abertura de medidas superiores a 1,60 m de ancho y 2,50 m de
alto estará cerrada mediante paneles, desmontables o no, uno de los
cuales po drá estar provisto de una puertecilla libre, hábil para el
servicio. Los paneles ofrecerán una resistencia igual a la del muro en
que estén instalados, resis tencia que será debidamente justificada.
c.5. Las aberturas de los muros de protección destinadas a ventanas
estarán situadas a un metro, como mínimo, sobre el punto más alto
sometido a la presión de la caldera.
c.6. Toda puerta o abertura de ventilación situada frente a un quemador,
conte niendo el eje del mismo, dispondrá de una protección eficaz con
un módulo resistente de 250 cm3, con el fin de poder resistir el posible
impacto de aquél en caso de accidente.
d) El techo de la sala deberá cumplir las siguientes condiciones
d.l. La altura de los techos no será nunca inf erior a los 3 m sobre el
nivel del suelo y deberá rebasar en un metro, como mínimo, la cota del
punto más alto entre los sometidos a presión de la caldera y, al menos,
a 1,80 m sobre las plataformas de la caldera, si existen.
d.2. El techo del recinto será de construcción ligera (fibrocemento, plástico, etc.),
con una superficie mínima del 25 % del total de la sala y no tendrá
encima pisos habitables o locales de pública concurrencia; solamente
podrán auto rizarse las superestructuras que soporten aparatos ajenos
a las calderas, que se consideren formando parte de la instalación, tales
como depuradoras de agua de alimentación, desgasificadores, etc.,
entendiéndose que dichos aparatos no podrán instalarse sobre la
superficie ocupada por la caldera.
A5. Condiciones específicas para las calderas de fluido térmico
Las calderas de fluido térmico deberán cumplir los requisitos de instalación de
la norma UNE 9-310, o cualquier otra norma equivalente. Así mismo, podrá
utilizarse cual quier otra norma que aporte seguridad equivalente, debiéndose en este
caso acompañar un informe favorable de un organismo de control autorizado. Las
calderas de fluido tér mico de la clase segunda podrán instalarse en un local
independiente o al aire libre, no siendo necesario cumplir los requisitos del anterior
apartado A4.
manual práctico del operador de calderas
industriales
Artículo 7. Sistemas de vigilancia de las calderas
Las calderas incluidas en el ámbito de aplicación de la presente ITC dispondrán del
siste ma de vigilancia indicado por el fabricante en las instrucciones de funcionamiento.
El operador de la caldera deberá realizar las comprobaciones adecuadas de los
con troles, elementos de seguridad y de la calidad del agua de alimentación para
asegurarse del buen estado de la caldera.
El sistema de vigilancia cumplirá los siguientes requisitos:
a) Vigilancia directa
El operador de la caldera debe asegurar su presencia en la sala de calderas o
en la sala con repetición de las señales de las seguridades, para poder actuar de
forma inmediata en caso de anomalía. En dicho local, debe existir un pulsador de
emergencia que pare inmediatamente el sistema de aporte calorífico de forma
segura y que active los sistemas de disipación de energía que hayan sido diseñados.
Si el fabricante no ha indicado instrucciones para la vigilancia de la caldera, se
con siderará como de vigilancia directa.
b) Vigilancia indirecta
Los intervalos de comprobación de los sistemas de control y seguridad para
que el funcionamiento de la instalación sea seguro serán indicados por el
fabricante de la caldera. El sistema de vigilancia de la caldera estará relacionado
con los dispositivos de control de los que disponga.
En las calderas que, de acuerdo con las instrucciones de funcionamiento del
fabri cante, puedan funcionar de forma automática, sin presencia del personal de
conducción en la sala de calderas, el operador deberá realizar comprobaciones
funcionales para asegurar la operatividad de sus sistemas de control y seguridad. Se
consideran adecua dos los sistemas de control y seguridad indicados en las normas
UNE-EN 12953 y 12952 o cualquier otra norma equivalente que pueda utilizar el
fabricante.
En caso de fallo de controles o seguridades se requerirá la utilización de las
instruc ciones de emergencia, debiéndose pasar a vigilancia directa hasta la
subsanación de la anomalía.
Artículo 8. Agua de alimentación y agua de la caldera
·1:
11.
ID
e
Para todas las calderas de vapor y de agua sobrecalentada deberá existir un
tratamiento de agua eficiente que asegure la calidad de la misma, así como de un
régimen adecuado de controles, purgas y extracciones.
Se considera adecuado el indicado en las normas UNE-EN 12953-10 y 12952-12. Así
mismo, podrá utilizarse cualquier otra norma que aporte seguridad equivalente,
debiéndo se en este caso acompañar un informe favorable de un organismo de control
autorizado.
Será obligación del usuario mantener el agua de las calderas, como mínimo,
dentro de las especificaciones de las normas citadas en el párrafo anterior.
o
·¡¡
@
'-li'
Generalidades sobre las
calderas
A estos efectos, el usuario realizará o hará realizar los análisis pertinentes y, si
es necesario, instalará el sistema de depuración que le indique el fabricante, una
empresa especializada en tratamiento de agua, o el diseñador de la instalación.
2.5. TIPOS Y PARTES PRINCIPALES DE UNA CALDERA
Los distintos tipos de calderas empleados en la industria, se pueden dividir en
cuatro grandes grupos en función del fluido caloportador que utilizan:
a) Calderas de vapor (es el tipo que más se emplea en la industria).
b) Calderas de agua caliente.
c) Calderas de agua sobrecalentada.
d) Calderas de fluido térmico.
Toda caldera debe disponer de una superficie total de absorción de calor capaz
de transmitir la máxima cantidad de calor suministrada por el combustible al fluido
calopor tante con el máximo rendimiento y al menor coste posible. Por tanto, cada
uno de los ele mentos implicados en la transferencia calorífica debe ser proporcionado
a los restantes, haciendo que la caldera sea un conjunto equilibrado.
Las partes que intervienen en el proceso de transferencia calorífica son:
• Envolventes y superficie de calefacción.
• Hogar (cámara donde tiene lugar la combustión).
• Quemador (equipo para quemar el combustible).
• Ventiladores (equipo que proporciona el aire para la combustión al quemador).
• Equipos para la eliminación de los residuos de combustión, en calderas de
com- bustible sólido.
• Elementos de recogida y transporte de cenizas, en calderas de combustible sólido.
• Separadores de vapor (domos), en calderas acuotubulares.
• Sistema de suministro de agua de alimentación.
• Sistemas de purga.
• Cimentaciones y soportes.
• Refractarios, en calderas pirotubulares.
• Precalentamiento del agua de alimentación y del aire de combustión, para
ahorro de energía.
• Accesorios (válvulas, niveles, etc.).
Las Figuras 2.1y 2.2 muestran, respectivamente, una caldera de vapor
pirotubular en su conjunto y cómo son los elementos que la componen en su
interior.
La Figura 2.3 muestra, respectivamente, una caldera acuotubular (arriba) y el
es quema de una caldera acuotubular de postcombustión, formando parte de una planta
de cogeneración en ciclo combinado con turbina de contrapresión empleando gas
natural como combustible (abajo).
manual práctico del operador de calderas industriales
Figura 2.1. Caldera pirotubular.
Figura 2.2. Detalle de una caldera pirotubular.
Generalidades sobre las
calderas
Planta de cogeneración en ciclo combinado
Turbina de gas
Caldera acuotubular
Turbina de vapor
340 'C
Fébrk:a
t ."..",..'
Figura 2.3. Caldera acuotubular (arriba) y esquema de planta de cogeneración
53
2.6. SUPER FICIES DE CALEFACCIÓ N: SUPER FICIE DE RADIACIÓ N
Y DE CO NVECCIÓ N
Se denomina superficie de calefacción de una caldera a la superficie de
intercambio de calor que está en contacto con la fuente de calor y con el fluido
caloportador.
Dependiendo de la posición relativa en el hogar respecto a la llama esta
superficie puede ser:
Superficie de radiación
La superficie de radiación de una caldera es la superficie que está en contacto con
la llama y con los productos de combustión. A efectos de cálculo, se tomará como
superficie de radiación:
• En calderas acuotubulares, el valor correspondiente a la superficie proyectada
por las paredes del hogar.
• En calderas pirotubulares de cámara húmeda, las superficies proyectadas del ho
gar,envolvente de la cámara del hogar y placa trasera de dicha cámara del
hogar.
• En calderas pirotubulares de cámara seca, la superficie proyectada del hogar.
• En calderas pirotubulares de cámara semiseca, las superficies proyectadas
del hogar y envolvente de la cámara del hogar.
• En calderas de tipo móvil, la superficie proyectada del hogar.
• En calderas verticales, las superficies proyectadas del hogar y de los tubos
pantalla.
Superficie de convección
La superficie de convección de una caldera es toda la superficie de calefacción que
está en contacto con los gases de combustión o fluidos aportadores de calor, que
se suelen colocar fuera del hogar.
2.7. TRA NS MISIÓ N DE CALO R EN CALDERAS
En las calderas, el calor que se cede al fluido caloportante se obtiene:
• Por combustión de combustibles gaseosos, líquidos o sólidos.
• De fluidos calientes procedentes de un proceso industrial.
• De energía eléctrica.
• Por un proceso de fisión nuclear del uranio.
• De biocombustibles y de energías reciclables (energía solar, viento, mareas,
geotermia, etc.).
La transmisión de calor en la caldera, desde la fuente de calor al fluido
caloportante se realiza por radiación, convección, conducción o por los tres sistemas
simultáneamente. En toda caldera hay que distinguir la superficie de calefacción
directa y la indirecta.
Superficie de calefacción directa
La superficie de calefacción directa está formada por todas aquellas superficies
que por un lado están en contacto con la llama, con los productos de la combustión
o de los fluidos calientes portadores de calor,y por otro, con el fluido caloportante
contenido en la caldera.
En la superficie de calefacción directa hay dos zonas, la de radiación y la de
convección. Teniendo en cuenta que el calor transmitido por radiación es
proporcional a la cuar
ta potencia de la diferencia de temperaturas entre la zona caliente (llama y gases
de combustión) y la zona fría (fluido caloportador), el flujo de calor (cantidad de
calor trans mitido por unidad de superficie) es muy elevado, por lo que es necesario
tener especial cuidado con el cálculo y diseño de esta superficie para evitar
problemas derivados de las elevadas oscilaciones térmicas a la que se ve
sometida, procurando además que por la parte del agua esté libre de residuos e
incrustaciones, para facilitar la transmisión de calor al agua y evitar que el acero
alcance temperaturas superiores a las de diseño.
Superficie de calefacción indirecta
La superficie de calefacción indirecta está formada por las superficies de la caldera
que estando en contacto, por una cara, con el fluido caloportante de la caldera, por
la otra cara no están en contacto con los fluidos calientes del sistema de aporte de
calor.
Como la transmisión se produce principalmente por convección, esta superficie
se denomina de convección y normalmente suele estar fuera del hogar.
El calor transmitido por convección viene dado por:
Q = h X S X /H m
Siendo:
Q: cantidad de calor transmitido
h: coeficiente de transmisión de calor por convección
5: superficie de calefacción
!J.Tm: temperatura media de la diferencia de temperatura entre la zona de
aporte de calor y la zona del fluido caloportante de la caldera.
De esta ecuación se deduce que la cantidad de calor cedido se puede aumentar por:
a) Aumento de la superficie de calefacción.
b) Aumento de la diferencia media de temperaturas.
c) Aumento del coeficiente h. Este coeficiente depende de varios factores, pero
el más importante es el de la velocidad del fluido caliente, de forma que al
52
aumen tar esta velocidad, aumenta la cantidad de calor transmitido. Este
coeficiente h baja si hay depósitos o incrustaciones de hollín en alguna de
las dos caras de la superficie de calefacción.
57
manual práctico del operador de calderas
industriales
2.8. TIPOS DE CALDERAS SEGÚN SU DISPOSICIÓN
Las normas UNE 9002 y 9003 presentan los diversos criterios de clasificación para
las calderas de vapor y calderas de agua sobrecalentada, respectivamente.
Atendiendo a la disposición de los fluidos
• Calderas de tubos de agua (acuotubulares).
• Calderas de tubos de humo (pirotubulares).
Atendiendo a la disposición de los tubos de las calderas
• Calderas de tubos horizontales.
• Calderas de tubos inclinados.
• Calderas de tubos verticales.
Atendiendo a la disposición del hogar respecto a la caldera
• Calderas de hogar interior.
• Calderas de hogar exterior.
Atendiendo a la implantación de la caldera
• Calderas estacionarias o terrestres.
• Calderas móviles (locomotoras, marinas).
2.9. TIPOS DE CALDERAS SEGÚN SU CIRCULACIÓN
Los tipos de calderas según su circulación son las siguientes:
• Calderas de circulación natural (el fluido se mueve dentro de la caldera
libremen te).
• Calderas de circulación asistida (circulación parcialmente controlada del
fluido térmico).
• Calderas de circulación forzada (el fluido se mueve forzado totalmente
dentro de la caldera).
2.10. TIPOS DE CALDERAS SEGÚN
SUS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Los criterios de clasificación adoptados por las normas UNE 9.002 V 9.003, relativas,
res pectivamente, a calderas de vapor y calderas de agua sobrecalentada son los
siguientes:
A. Criterios de clasificación comunes a ambas calderas:
A.l. Según la disposición de los fluidos:
Generalidades sobrelas
calderas
a) Calderas de tubos de agua (acuotubulares).
b) Calderas de tubos de humo (pirotubulares).
manual práctico del operador de calderas
industriales
A.2.
Según la transmisión del calor:
a) Calderas de convección.
b) Calderas de radiación.
c) Calderas de radiación y convección.
A.3.
Según el combustible utilizado:
a) Calderas de carbón (parrilla mecánica o carbón pulverizado).
b) Calderas de combustibles líquidos (gasóleo).
c) Calderas de combustibles gaseosos (propano, gas natural).
d) Calderas de combustibles especiales (bagazo, residuos de madera).
e) Calderas de recuperación de calor de gases (con o sin aporte de combustible).
A.4.
Según el tiro:
a) Calderas de hogar presurizado.
b) Calderas de hogar equilibrado.
A.5.
Según el sistema de apoyo empleado:
a) Calderas apoyadas (sobre una cimentación).
b) Calderas suspendidas (sobre soporte o estructura).
A.6.
Según el lugar de montaje:
a) Calderas montadas en taller o fábrica.
b) Calderas montadas in situ (en su propia ubicación).
A.7.
Según su implantación:
a) Calderas terrestres (ubicadas en fábricas, hospitales, etc.).
b) Calderas marinas (ubicadas en barcos).
A.8.
Según su ubicación:
a) Calderas a la intemperie.
b) Calderas protegidas contra la intemperie.
A.9.
Según su operación:
a) Calderas automáticas (con encendido automático).
b) Calderas semiautomáticas (automáticas con encendido manual).
c) Calderas manuales.
B. Criterios de clasificación para calderas de vapor
B.l. Según la circulación de los fluidos:
a) Calderas de circulación natural.
b) Calderas de circulación asistida.
c) Calderas de circulación forzada.
B.2.
Según la presión de trabajo:
a) Calderas subcríticas (presión inferior a 218 kg/cm2):
• De baja presión, P
20 kg/cm2
• De media presión, 20
P 64 kg/cm2
• De alta presión, 64 kg/cm2 < P < 218 kg/cm2
b) Calderas supercríticas (presión superior a 218 kg/cm2).
Generalidades sobre las
calderas
B.3.
B.4.
B.5.
B.6.
B.7.
Según el sistema de vaporización:
• Calderas de vaporización lenta.
• Calderas de vaporización rápida.
Según su uso:
• Calderas fijas.
• Calderas semifijas.
• Calderas locomotoras.
Según la fuente de calor.
• Calderas para combustibles: sólidos, líquidos y gaseosos.
• Calderas mixtas (pueden quemar varios combustibles).
• Calderas de recuperación de calor.
• Calderas eléctricas.
Según la forma en que fluyan los gases de la combustión:
• Calderas de paso directo.
• Calderas de retorno.
Según el medio caloportador:
• Calderas de vapor.
• Calderas de agua caliente.
• Calderas de agua sobrecalentada.
• Calderas de fluido térmico.
2.11. OBTENCIÓN DEL CARNÉ DE OPERADORES INDUSTRIALES
DE CALDERAS
Tal como se indica en el Reglamento de Equipos a Presión (Real Decreto 2060/2008, de
12 de diciembre) es preceptiva para los operadores de calderas la obtención del
carné de operador de acuerdo con el temario que se indica a continuación:
A.Para la obtención del carné de operador industrial de calderas, deberán acreditar se los
siguientes conocimientos:
A.l. Conceptos básicos:
a) Presión, su medida y unidades.
b) Presión atmosférica.
c) Temperatura, medida y unidades.
d) Cambios de estado, vaporización y condensación.
e) Transmisión del calor: radiación, convección y conducción.
f) Vapor de agua saturado, sobrecalentado y recalentado, expansionado.
g) Volúmenes específicos de vapor.
h) Calor específico.
i) Relación entre la presión y la temperatura del vapor.
A.2.
Generalidades sobre calderas:
a) Definiciones.
55
b)
c)
d)
e)
Condiciones exigibles.
Elementos que incorporan.
Requisitos de seguridad.
Partes principales de una caldera.
f) Superficie de calefacción: superficie de radiación y de convección.
g) Transmisión de calor en calderas.
h) Tipos de calderas según su disposición.
i) Tipos de calderas según su circulación.
j) Clasificación de calderas según sus características principales.
A.3.
Combustión:
a) Tiro natural y forzado.
b) Hogares en depresión y sobrepresión.
c) Proceso de la combustión. Volúmenes teóricos de aire y humos.
d) Chimeneas.
A.4.
Disposiciones generales constructivas en calderas pirotubulares:
a) Hogares. Lisos y ondulados.
b) Cámaras de hogar.
c) Tubos. Tirantes y pasadores.
d) Fijación de tubos a las placas tubulares.
e) Atirantado. Barras tirantes, virotillos, cartelas.
f) Cajas de humos.
g) Puertas de registro: hombre, cabeza, mano y expansión de gases.
A.5.
Disposiciones generales constructivas en calderas acuotubulares:
a) Hogar.
b) Haz vaporizador.
c) Colectores.
d) Tambores y domos.
e) Fijación de tubos a tambores y colectores.
f) Puertas de registro y expansión de gases.
g) Economizadores.
h) Calentadores de aire.
i) Sobrecalentadores.
j) Recalentadores.
k) Calderas verticales. Tubos Field. Tubos pantalla para llamas.
1) Calderas de vaporización instantánea. Serpentines.
A.6.
Accesorios y elementos adicionales para calderas:
a) Válvulas de paso. Asiento y compuerta.
b) Válvulas de retención. Asiento, clapeta y disco.
c) Válvulas de seguridad.
d) Válvulas de descarga rápida.
manual práctico del operador de calderas
industriales
e) Válvulas de purga continua.
f)Indicadores de nivel. Grifos y columna.
g) Controles de nivel por flotador y por electrodos.
h) Limitadores de nivel termostático.
i) Bombas de agua de alimentación.
j) Inyectores de agua.
k) Caballetes y turbinas para agua de alimentación.
1) Manómetros y termómetros.
m) Presostatos y termostatos.
n) Tipos de quemadores.
o) Elementos del equipo de combustión.
A.7.
Tratamiento de agua para calderas:
a) Características del agua para calderas.
b) Descalcificadores y desmineralizadores.
c) Desgasificación térmica y por aditivos.
d) Regularización del pH.
e) Recuperación de condensados.
f) Régimen de purgas a realizar.
A.8.
Conducción de calderas y su mantenimiento:
a) Primera puesta en marcha: inspecciones.
b) Puesta en servicio.
c) Puesta fuera de servicio.
d) Causas que hacen aumentar o disminuir la presión.
e) Causas que hacen descender bruscamente el nivel.
f) Comunicación o incomunicación de una caldera con otras.
g) Mantenimiento de calderas.
h) Conservación en paro prolongado.
A.9.
Reglamento de equipos a presión e ITC EP-1:
a) Parte relativa a calderas, economizadores, sobrecalentadores y recalentadores.
b) Realización de pruebas hidráulicas.
c) Partes diarios de operación.
B.Los cursos de capacitación para la obtención del carné tendrán una duración mí
nima de 50 horas.
C.Las entidades que pretendan realizar cursos de capacitación deberán acreditar ante el
órgano competente de la comunidad autónoma, al menos, los siguientes requisitos:
a) Disponer de los recursos humanos necesarios para la impartición de los cur
sos. Deberá indicarse el nombre del responsable técnico de los cursos,
con indicación de su titulación y experiencia.
b) Disponer de los recursos técnicos y materiales adecuados. Material
didácti co disponible, descripción de la ubicación y características de las
aulas, etc.
5?
manual práctico del operador de calderas
industriales
c) Disponer de experiencia en la impartición de cursos para
formación profe sional o similar,con especial referencia de los
relacionados con el carné de operador de calderas.
d) Metodología de la enseñanza con indicación de la organización de la misma y
sistemas de evaluación previstos.
e) Alumnado máximo por curso.
58
••
En esta unidad se presentan las bases teóricas de la combustión, necesarias para entender
bien el proceso de generación de vapor o agua caliente que se produce en la caldera, así como
los elemen tos de medida y control de la combustión, para conocer y optimizar bien el proceso.
Además, se incide en la definición de tiro, referido a la presurización o depresión en el hogar de
la caldera, para terminar con una visión general de los quemadores y de las chimeneas,
mostrando su influencia en el proceso de la combustión.
Contenidos
3.1.Combustión: definiciones, gases formados
3.2.Analizadores de gases de combustión
3.3.Tiro natural y tiro forzado
3.4.Tipos de hogares
3.5.Quemadores: ideas generales
3.6.Control de la combustión: tipos de control
3.7.Chimeneas
3.8.Tablas de parámetros de la combustión completa del gas natural
manual práctico del operador de calderas industriales
3.1. CO M BUSTIÓ N: D EFINICIO N ES, GASES FO R MADOS
El proceso de combustión es una reacción de oxidación que tiene lugar entre un
combus tible y el oxígeno del aire (comburente), con liberación de calor, como se
muestra en la Figura 3.1.
Proceso de combustión
Combustible
Comburente
e
+
H,
+
s
+
Otros
+
Humos
Cantidad de calor
o,
e>
co,
+
33 MJ/kg
Y, O,
e>
H20
+
142 MJ/kg
o,
e>
S02
+
165 MJ/kg
o,
e>
N2 + NOX +...
Figura 3.1. Proceso de combustión.
Los combustibles están formados básicamente por C (carbono), H (hidrógeno),
S (azufre) y pequeñas cantidades de otros elementos.
La combustión requiere un volumen teórico mínimo de oxígeno (de aire), de acuerdo
con la estequiometría de la reacción de combustión, que se denomina volumen
teórico de aire ( V/
Pero en las condiciones reales, para garantizar una combustión completa es preciso
suministrar aire en exceso respecto al teórico, denominado exceso de aire, que varía
en función de:
a) Composición, propiedades y condiciones del combustible durante la combustión.
b) Método por el que se quema el combustible (lecho fijo, lecho fluidificado, etc.).
c) Disposición y dimensiones de la parrilla (combustibles sólidos) o cámara de combustión.
d) Temperatura admisible de los materiales del hogar.
e) Grado de homogeneidad de mezcla del aire con el combustible.
La relación porcentual entre el volumen teórico (V0) y el volumen real de aire
introdu
cido ( VJ se denomina coeficiente de exceso de aire (n), y viene dado por
la siguiente
expresión:
60
T-
.•
.....-:,-,
Combustión
Ejemplo 3.1.
1111
Calcula el volumen teórico de aire requerido para quemar 1 Nm" de gas natural y
el coeficiente de exceso de aire en una combustión con un exceso de aire del 20 %.
Solución
Teniendo en cuenta que 1 mol de gas en condiciones normales ocupa 22,4 litros y
que la reacción de combustión del gas natural (CH+) con el oxígeno del aire es:
Por cada mol de CH+ son necesarios 2 moles de o., es decir, que por cada 1 Nm"
de gas natural se requieren 2 Nm" de oxígeno (2.000 litros).
Como el aire está constituido por un 21 % de o. y un 79 % de N 2, en volumen, la
cantidad estequiométrica o teórica de aire requerida es:
V
0
= 2·000 = 9.524 litros de
0,21
aire
Como el exceso de aire es del 20 %, el volumen real de aire VR es:
VR
= v;, X [1 + 1 0 ] -
VR
= 9.524 X 1,20 = 11.429 litros de aire
Con un cierto exceso de aire se consigue que la combustión sea completa,
pero trae como consecuencia una reducción de la temperatura de la combustión,
que a su vez reduce la transmisión de calor por radiación, aumentando las
pérdidas de calor por la chimenea y generando un volumen de gases de
combustión mayor por la misma. Por estas razones hay que trabajar con el menor
exceso de aire posible sin que se produzcan inquemados (hollín) y así optimizar el
rendimiento de la combustión de la caldera.
Para controlar este exceso de aire se emplean analizadores de combustión,
que mi den los porcentajes de 02 y de C02 en los humos. Cuanto mayor es el
61
manual práctico del operador de calderas industriales
porcentaje de 02 , mayor es el exceso de aire, y cuanto mayor es el porcentaje de C02,
menor es el exceso de aire.
No es posible recomendar unos valores idóneos de C02 o de 02 de los
gases de la combustión, pues su valor depende del tipo de combustible, tipo de
hogar, tipo de quemador, etc., y hay que obtenerlos de forma empírica mediante
pruebas para que el rendimiento de combustión en la caldera sea lo mayor
posible. Unos valores típicos de exceso de aire se muestran en la Tabla 3.1.
60
Tabla 3.1. Valores típicos de excesos de aire.
Combustible
Exceso de aire (%)
CO,(%)
Gaseoso
5-15
10-8
Líquido
15-25
14- 12
Carbón
30-50
17- 13
Biomasa (madera)
40-70
16-ll
En condiciones reales se trabaja siempre con exceso de aire y a pesar de ello
la combustión nunca llega a ser completa, siendo los gases de salida por la
chimenea más habituales:
a) Dióxido de carbono cor
b) Monóxido de carbono CO.
c) Carbono sin quemar (hollín).
d) Vapor de agua.
e) Oxígeno sin consumir.
f) Nitrógeno y sus derivados NOx.
g) Óxidos de azufre (S02 , SO/
Para conocer el exceso de aire con el que trabaja una caldera en función de las
con centraciones de oxígeno y de C02 de los humos que dan los analizadores de
combustión existen fórmulas empíricas tales como:
n=-
3,76 X % 02
-------
1-% (02 -4,76
X
% 02
3.2. ANALIZADORES DE GASES DE COMBUSTIÓN
Para realizar el estudio de la combustión a través del análisis de los gases e
inquemados de la misma, se emplean unos equipos denominados analizadores de
gases.
Los antiguos analizadores estaban basados en el análisis químico de una
muestra de los humos, tomada por succión a través de un orificio practicado en la
chimenea. Los más modernos, basados en fenómenos ópticos, pueden analizar los
gases a su paso por la chimenea, proporcionando los valores de las concentraciones de
los mismos e incluso y además valores de su temperatura y el rendimiento de la
combustión en una pantalla.
3.2.1. Medición del C02, 02 y opacidad
63
El equipo antiguo emplea el método ORSAT de medida volumétrica efectuando la
absor ción de la muestra de gas por medio de una solución química que actúa
como indicadora de la concentración del gas analizado. El sistema consta de dos
equipos, uno para la
62
medición del 02 y otro para la medición del C02 , además de una bomba para el
análisis del negro de humo de los gases con una escala de Bacharach para
calcular el nivel de pérdidas por inquemados, como muestra la Figura 3.2.
Figura 3.2. Analizador de la combustión antiguo.
El análisis de ennegrecimiento y opacidad de los gases de combustión solo tiene
sen tido cuando se trabaja con combustibles sólidos o líquidos. Para la toma de la
muestra se emplean bombas de succión, haciendo pasar la muestra a través de un
papel filtro especial, en el papel se forma una mancha circular, cuyo color puede
variar del negro al blanco, la tonalidad está relacionada con la cantidad de inquemados
sólidos contenida en los humos. La mancha obtenida se compara con una serie de
manchas patrón que cons tituyen la escala de Bacharach (Tabla 3.2) que actúan de
testigos numerados (escalas) y que son de intensidad creciente. Además, existe la
escala de Ringelmann, pero se emplea para el control de la contaminación atmosférica.
Tabla 3.2. Escala del índice de Bacharach.
N. º de Bacharach
Características de la combustión
l
Excelente. Hollín prácticamente nulo.
2
Buena. Hollín presente en valores muy reducidos.
3
Mediana. Hollín presente en cantidad que requiere una limpieza anual.
4
Pobre. El humo empieza a ser visible y se aprecia un ensuciamiento rápido.
5
Muy pobre. La cantidad de hollín hace necesarias varias limpiezas anuales.
manual práctico del operador de calderas
industriales
3.2.2. Medición del CO
La medición del CO en los humos está particularmente indicada en los
combustibles ga seosos, ya que a simple vista es imposible detectarlo, como
ocurre en los combustibles líquidos y sólidos, donde la presencia de inquemados es
visible por la aparición de humos negros; en cambio en los gaseosos, el único signo
es la tonalidad de la llama, criterio un tanto subjetivo y nada fiable.
Para medir la concentración de CO se empleaban métodos basados en la oxidación
y coloración química. Se hace una toma de muestra de humos, que se introduce en
un tubo que contiene una sustancia que al reaccionar se oscurece en una longitud
que es proporcional al contenido de CO en la muestra.
En la actualidad, para analizar los gases a su paso por la chimenea se
emplean sondas acopladas a elementos electrónicos, que permiten medir las
concentraciones de cada gas de los humos, e incluso simultáneamente valores de la
temperatura, ofreciendo en una pantalla el rendimiento de la combustión.
Un ejemplo de estos medidores actuales se muestra en la Figura 3.3.
Figura 3.3. Analizador de la combustión moderno.
Combustión
3.3. TIRO NATURAL Y TIRO FORZADO
El tiro, en general, es la facilidad o dificultad para conducir los humos desde el
interior de la caldera hacia el exterior.
3.3.1. Tiro nat ural
La depresión que se origina en la parte baja de la chimenea, por la diferencia de
presio nes creadas por los humos contenidos en la misma y la columna de aire
exterior, igual altura que la chimenea ( H), está causada por la menor densidad de
los humos calientes y la densidad del aire ambiente, que es más frío.
Como la presión exterior ( P) es mayor que la que hay interior en la base de la
chime nea (P), los humos experimentan un empuje que tiende a evacuarlos en
sentido ascen dente por la chimenea; este empuje se conoce como tiro natural
(Figura 3.4).
Figura 3.4. Tiro natural.
La diferencia (Pe _ P) es la debida a la diferencia de pesos entre la columna de
los gases calientes que forman el circuito de los humos y una columna de aire
exterior de igual altura.
Este tiro natural, así definido, depende principalmente de la altura de la
chimenea y por tanto es mayor cuanto mayor es su altura (H).
3.3.2. Tiro forzado
Cuando el tiro natural no es suficiente para sacar los humos del interior de la
cámara de combustión y evacuarlos al exterior, por cuestiones constructivas o por
pérdida de carga de los humos en el circuito, se recurre a ventiladores centrífugos
(soplantes), en distin65
tas posiciones relativas respecto de la caldera, según las necesidades y que dan
origen a distintos tipos de tiros y crean distintas condiciones de presión en el hogar,
como se muestra en la Figura 3.5.
Hogar en sobrepresión
Hogar equlllbrado
Hogar en depresión
(<t!
Ventilador
Aire --1!§
Aire
Venliladot
Ventilador
Tiro forzado
Tiro inducido
Tiro compensado
Figura 3.5. Diferentes tipos de tiros.
3.4. TIPOS DE HOGARES
Los hogares son de distintos tipos en función de las condiciones de presión que se
aca ban de citar; estos se pueden observar en la Figura 3.5.
3.4.1. Hogares en sobrepresión
El aporte de aire necesario para la combustión, mediante un ventilador centrífugo,
que impulsa el aire hasta la cámara de combustión, hace que la presión en el
hogar sea supe rior a la presión atmosférica, es decir, hace que el hogar esté en
sobrepresión.
3.4.2. Hogares en depresión
Cuando el ventilador centrífugo se coloca aspirando los humos del hogar impulsándolos
hacia la chimenea, también se facilita la extracción de los mismos. Se dice que el
hogar está en depresión, al ser la presión inferior a la presión atmosf érica.
3.4.3. Hogares equilibrados
Son una combinación de los dos anteriores que hace que los dos ventiladores
instalados consigan que la presión en el hogar sea la atmosférica o ligeramente
inferior.
3.5. QUEMADORES: IDEAS GENERALES
El quemador es el elemento encargado de mezclar el combustible y el comburente
de forma homogénea y alcanzar en cada instante un exceso de aire tal, que la
combustión sea completa, con el menor residual posible de oxígeno en los humos.
Combustión
Funciones del quemador
• Aportar aire y combustible a la cámara de combustión en las condiciones requeridas.
• Mezclar el aire y el combustible de forma homogénea.
• Encender y hacer que progrese la combustión de la mezcla aire-combustible.
• Desplazar los productos de la combustión por la cámara de combustión.
Requerimientos mínimos del quemador
•
•
•
•
•
Estar adaptada la cámara de combustión al conjunto de la caldera.
Tener margen de regulación para suministrar lo requerido por el proceso.
Estabilidad de funcionamiento para las distintas demandas.
Que los inyectores tengan control sobre la forma y dimensiones de la llama.
Disponer de sistemas de seguridad adaptados al proceso.
3.6. CONTROL DE LA COMBUSTIÓN:TIPOS DE CONTROL
Para diseñar un buen control de la combustión es preciso definir claramente cuáles
son los objetivos que se buscan con el control:
• Optimizar el consumo de combustible, minimizando las pérdidas de calor e inque
mados en los humos.
• Asegurar que la generación de calor y la demanda requerida por el sistema
están equilibradas.
• Mantener el funcionamiento en condiciones seguras.
3.6.1. Rendimiento de la combustión
El rendimiento de la combustión es el cociente entre el calor aprovechado (poder
calorí fico inferior menos las pérdidas) y el calor aportado por el combustible (poder
calorífico inferior), expresando el resultado en porcentaje.
Pero además del poder calorífico inferior, en todos los combustibles se define
tam bién el poder calorífico superior,que a diferencia del primero se mide
experimentalmente en un calorímetro.
En una combustión real, los humos, normalmente, salen a temperaturas
superiores a 100 ºC y por tanto el vapor de agua, que se forma en la combustión,
sale en forma de vapor con los humos, mientras que en el ensayo en el calorímetro
el agua de la com bustión se condensa; por esta razón, la diferencia entre ambos
es el calor latente de vaporización del agua formada en la combustión.
Habitualmente, el rendimiento r¡ suele referirse al PCI y viene dado por la
expresión:
11
_
[
PCI - Pérdidas ] x 100 º'
67
manual práctico del operador de calderas
.,PCI
industriales
68
'0
Las pérdidas son de tres tipos:
a) Pérdidas por calor sensible de los humos (P1), que son función de la temperatura
y del caudal de humos (este caudal se calcula a partir del contenido de
oxígeno de los humos).
b) Pérdidas por inquemados (P), que se calculan por la expresión:
P
=
mquemados
21
x ( [CO]
21- [QJ
3.100
+
[hidrocarburos]
1.000
+
Opacidad ) %
65
Donde:
[02 ]:
concentración de oxígeno en los humos en %
[CO ]:
concentración de monóxido de carbono en los humos en ppm
[Hidrocarburos ]: concentración de hidrocarburos en los humos en ppm
Opacidad:
valor relativo referido a un patrón y se mide en %
c) Pérdidas fijas (P), pérdidas por radiación y otras pérdidas, que se suelen dar
to mando como base la potencia de la instalación. Varían entre el 2 % y el 5 %
del PCL Si se representan gráficamente estas pérdidas ('Y/), en función del
exceso de aire (n) introducido en el hogar,se da lugar a dos curvas y una
recta, la de las pérdidas por inquemados, las debidas al exceso de aire y las
pérdidas fijas, respectivamente, y sumando las tres se obtiene la curva
resultante, cuyo mínimo es el punto óptimo de máximo rendimiento (Figura 3.6).
11 (%)
P6rdlda por lnq
Pérdidas fijas (P3)
marlos ( P)
n (%)
----------------------Figura 3.6. Rendimiento de la combustión en función del exceso de aire.
-T-
.•
manual práctico del operador de calderas
industriales
.....-:,-,
1111
Ejemplo 3.2.
A continuación se muestran dos ejemplos de cálculo de rendimiento de la combustión
El análisis de los humos de una caldera que quema gas natural aportó los siguientes
resultados:
• Porcentaje de O• en los humos
8%
• Temperatura de salida de humos
260 ºC
• Temperatura ambiente
20 °C
• Concentración de CO en los humos
1.500 ppm
• Concentración de hidrocarburos en los
1.200 ppm
humos
5%
• Opacidad
Calcular el rendimiento de la instalación considerando unas pérdidas fijas del S %.
Solución:
• Pérdidas debidas al calor sensible de los humos: de acuerdo con la tabla para el
gas natural.
Para 8 % de o. y 240 (260 - 20) ºC las pérdidas son: 14,7 % (véanse tablas del
apartado 3.8)
pi = 14,7 %
• Pérdidas por inquemados:
Aplicando la fórmula de pérdidas por inquemados son:
=
p
inqumuzdos
=
!!._ X [ 1.500 + 1.200 + .!?.._] %
21 - 8
P,
1,62 X (0,48 + 1,2 + 0,08)
• Pérdidas fijas:
3.100
1.000
65
= 2,85 %
p =3%
El• rendimiento de la combustión es:
=
=
11 100 - 14,7 - 2,85 - S 79,45 %
En las grandes instalaciones es interesante optimizar el rendimiento, ya que esto
supone importantes ahorros de combustible, tal como se muestra en el Ejemplo S.S.
-T-
1111
Ejemplo 3.3.
El análisis de los humos de un horno que quema gas natural dio como resultado los
Combustión
siguientes datos:
• Porcentaje de O• en los humos
• Temperatura de salida de humos
• Temperatura ambiente
8%
260 ºC
20 °C
1.500 ppm
1.200 ppm
• Concentración de CO en los humos
• Concentración de hidrocarburos en los
humos
• Opacidad
5%
Calcular el rendimiento de la instalación considerando unas pérdidas fijas del 3 %.
Solución:
El rendimiento de la instalación ya calculado en el ejemplo anterior es 79,45 %.
Para mejorar el rendimiento se instala un control de la combustión multivariable y
un economizador. Los datos esperados en los humos, después de las mejoras, son:
• Porcentaje de o. en los humos
1,0 %
• Temperatura de salida de humos
160 ºC
• Temperatura ambiente
20 °C
• Concentración de CO
lOO ppm
• Concentración de hidrocarburos
50 ppm
• Opacidad
O%
• Pérdidas fijas
3%
El nuevo rendimiento es:
• Pérdidas debidas al calor sensible de los humos:
De acuerdo con la tabla para el gas natural:
Para 1,0 % de o. y 140 (160 - 20) ºC las pérdidas son: 5,9 % (véanse tablas
del apartado 3.8)
pi = 5,9 %
• Pérdidas por inquemados:
Aplicando la fórmula de las pérdidas por inquemados:
=
P.
inqumuulas
21
X
21 - 1,0
3.100
P.= 1,11 X (0,03 + 0,05 + 0,00) = 0,09 %
+
1.000
+ Q ]
65
%
• Pérdidas fijas:
P,= 3 %
El nuevo rendimiento de la combustión es:
=
=
fJ 100 - 5,9 -0,09 - 3 91,01 %
La mejora porcentual del rendimiento es:
91,01 - 79,45
79,45
= 14,55 %
Si la instalación tiene un consumo anual de 5.000.000 kW x h/año a un precio de
0,05 €/kW x h, el ahorro es:
5.000.000 kW x h/año x 0,05 €/kW x h x 0,1455
36.375 €/año.
Si la inversión necesaria para las mejoras es 50.000 €, el retorno (pay-back simple)
de la inversión es:
=
70
b
ray- a
k
= 50.000 = 1,37 anos
_
36.375
?
71
3.6.2. Quemadores y su control
Los quemadores suelen clasificarse por el tipo de regulación que llevan a cabo.
Regulación a una marcha
Suele emplearse en el caso de pequeñas potencias, con una unión mecánica entre
las líneas de combustible y aire comburente. La regulación del combustible se
efectúa con una electroválvula y es una regulación TODO-NADA.
Regulación a dos marchas
Cuando la regulación del combustible a quemar se hace con dos llamas, se requieren
dos electroválvulas.
Regulación progresiva
Cuando la regulación del combustible tiene lugar entre dos puntos, se requiere un
módu lo de control, que permite posicionar la válvula de admisión de combustible
en un valor mínimo o en un valor máximo.
Regulación modulante
Es igual que la anterior, pero en este caso la válvula de entrada de combustible
dispone de un posicionador,que permite trabajar en cualquier posición intermedia
del rango en tre los valores máximo y mínimo.
Otras regulaciones
Hay casos en que no es suficiente una regulación del tipo de las descritas
anteriormente, precisándose regulaciones más complejas, para lo cual se crea una
señal neumática o eléctrica, para controlar la demanda de combustible, que sirve
de elemento intermedio con los elementos finales de control.
El control puede hacerse de varias formas:
• Control serie: la señal de demanda se suele introducir en la línea del aire y
las va riaciones de caudal de aire se envían al lazo de regulación de la
válvula de control que controla la dosificación de combustible. La señal de
respuesta es muy lenta.
• Control serie/paralelo: la señal de demanda se introduce en la línea del aire
en la línea de combustible y se controla mediante un relé. La señal de
respuesta es algo más rápida que la anterior.
• Control serie/paralelo con selectores cruzados: la señal de demanda se in
troduce también a las dos líneas (aire y combustible) pero con dos
reguladores independientes, mediante dos relés, uno de máxima y otro de
mínima, que además intercambian la información sobre el caudal de la otra
línea.
• Control multivariable: es muy parecido al control anterior,pero además se
intro duce una nueva señal con la composición de los humos. Se consigue
combustión próxima al rendimiento óptimo de la combustión.
• Existe también el control manual, para pequeños generadores de calor con
combustibles sólidos o líquidos (está prohibido para combustibles gaseosos). Los
generadores de control manual deben disponer de un mecanismo que corte
au tomáticamente la aportación de combustible y cuando se sobrepasen los
límites de temperatura máxima de servicio, nivel mínimo de agua y presión
mínima de servicio se acciona una alarma acústica.
3.7. CHIMENEAS
La chimenea es el tubo de escape de los gases de combustión. Esta puede ser de
mam postería o metálica y sus alturas varían de acuerdo con las características de las
calderas y con las disposiciones de contaminación atmosférica legales vigentes. Las
chimeneas se diseñan altas cuando se trata de conseguir la máxima dispersión de los
humos de escape o chimeneas bajas cuando el único objetivo es expulsar dichos
humos fuera de la caldera.
La Figura 3.7 muestra un ejemplo de chimenea de un proceso industrial.
Figura 3.7. Disposición de chimeneas de calderas en una instalación industrial.
Los elementos fundamentales para definir una chimenea son los siguientes:
a) Sección interior: sección útil de paso de los gases.
b) Altura: para conseguir una buena dispersión de gases en la atmósfera libre.
c) Tipo de material estructural externo.
d) Tipo de material de revestimiento interior que mantenga la resistencia a la
tem peratura y al ataque físico-químico de los gases.
Para dimensionar la sección correcta de la chimenea se tiene en cuenta
también la potencia calorífica de la caldera, el tipo de combustible, la presión
atmosférica, la tem peratura ambiente y la pérdida de carga.
Las pérdidas de carga se minimizan evitando los tramos horizontales y los
cambios bruscos de dirección.
Las dos magnitudes más importantes para el cálculo son la sección de paso de
los humos por la chimenea y la altura (esta depende de la legislación medioambiental).
Para un caudal másico Q (kg/s), una temperatura TH (ºC) y una velocidad (v "'
10 m/s) para los humos, la sección de paso y el diámetro de la chimenea vienen
dados por:
Sección =
Q
vX
273 + TH
x --p0
273
4 X Q X (273 + T,.)
D =Jr X 273 X V X p0
Siendo p0 la densidad de los humos en condiciones normales, kg/Nm3 = 1,3
kg/Nm3• La altura de la chimenea está condicionada por la velocidad mínima de
evacuación
de los humos en la coronación de la chimenea, que suele venir fijada por la
normativa correspondiente de la Administración Pública del lugar.A modo de
orientación, puede de cirse que las velocidades medias deberían oscilar entre 5 y 15
m/s. Una velocidad media de 10 m/s suele considerarse como adecuada.
3.8. TABLAS DE PARÁMETROS DE LA COMBUSTIÓN COMPLETA
DEL GAS NATURAL
Para facilitar los cálculos de los ejemplos de cálculo de rendimiento de combustión se
incluyen las tablas de los parámetros fundamentales de la combustión del gas natural.
" ' \
J
3
Parámetros de la combustión completa del gas natural (1 de 2)
.. c
Q)
:>
e
Composición del gas natural (en Nm 3/Nm3) (CH4:0,86, C2H6 :0,076, C3H8 :0,024, C4H10:0,0l, N,:0,03)
.
Gases en los humos
º/o
0,0
. ..
Aire
co2+so, N,
ll,98
,
"O
Humos
Q)\
(kg'Nm3)
02
Q )
n
88,02 l ,00
kg'Nm3 Nm3/Nm3
13,40
10,37
co, so,
H2 0
o,
N,
(Nm3/Nm3)
Secos Húmedos Secos Húmedos
2,21 0,00 l,68 0,00 I0,33 12,54
14,23
9,39
l l ,48
kg'Nm3
Entalpía
M
N
1,239 0,265 0,0000293
o,-r
o·
o
a.
,
ID-
o
"O
0,5
l l ,69
87,81 l ,02
13,69
10,60
2,21 0,00 l ,68 0,07 I0,56 12,84
14,52
9,62
ll,71
1,240 0,264 0,0000291
1,0
ll,40
87,60 l ,05
14,0l
10,84
2,21 0,00 l,68 0,14 I0,80 13,15
14,83
9,86
ll,95
1,241 0,264 0,0000289
..
.
1,5
ll,ll
87,39 l ,07
14,33
10,09
2,21 0,00 l ,68 0,22 ll,05 13,48
15,16
10,ll
12,21
1,242 0,263 0,0000287
a
o
2,0
10,83
87,17 l,IO
14,68
ll,36
2,21 0,00 l ,68 0,30 ll,32 13,82
15,51
I0,38
12,47
1,243 0,263 0.0000285
2,5
10,54
86,96 l,12
15,04
ll,64
2,21 0,00 l,68 0,38 ll,60 14,19
15,87
I0,66
12,76
1,244 0,262 0,0000283
3,0
10,25
86,75 l,15
15,43
ll,94
16,26
10,96
13,06
l.245 0,262 0,0000281
16,66
ll,28
13,37
l.246 0,261 0,0000279
ID
Q)
.
...a.
ID
o
Q )
,
a.
...
3,5
9,97
86,53 l ,18 15,83
12,26
2,21 0,00 l,68 0,47 l l , 14,57
89
2,21 0,00 l,68 0,56 12,20 14,98
4,0
9,68
86,32 l ,21
16,26
12,59
2,21 0,00 l.68 0,66 12,54 15,41
17,09
ll,61
13,71
1,247 0,261 0,0000277
(/)
,-r
4,5
9,39
86,ll l ,25
16,72
12,94
2,21 0,00 l.68 0,77 12,89 15,86
17,55
ll,97
14,06
1,248 0,260 0,0000275
íñ
5,0
9,ll
85,89 l ,28
17,21
13,32
2,21 0,00 l ,68 0,88 13,26 16,35
18,03
12,34
14,44
1,249 0,260 0,0000273
5,5
8,82
85,68 l ,32
17,72
13,72
2,21 0,00 l ,68 l ,00 13,66 16,87
18,55
12,74
14,84
1,250 0.259 0,0000271
6,0
8,53
85,47 1.36
18,27
14,15
2,21 0,00 l ,68 l,13 14,08 17,42
19,10
13,17
15,27
1,251 0,259 0,0000269
6,5
8,25
85,25 l ,41
18,86
14,60
2,21 0,00 l ,68 l ,27 14,54 18,0l
19,69
13,63
15,73
1,252 0,258 0,0000267
ID
Q)
(/)
5·
a.
e
ar
...
(/)
7,0
7,96
85,04 1,46
19,50
15,09
2,21 0,00 1,68 1,41 15,02 18,64
20,33
14,12
16,22
1,253 0,258 0,0000265
7,5
7,67
84,83 1,51
20,18
15,62
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7,38
84,62 1,56
20,91
16.19
2,21 0,00 1,68 1,74 16,11 20,06
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2,21 0,00 1,68 2,12 17,38 21,71
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1,258 0,256 0,0000256
9,5
6,52
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23,50
18,19
24,33
17,23
19,32
1,259 0,255 0,0000254
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6,24
83,76 1,83
24,52
18,98
2,21 0,00 1,68 2,34 18,1 22,64
0
2,21 0,00 1,68 2,57 18,88 23,66
25,35
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10,5
5,95
83,55 1,91
25,64
19,84
2,21 0,00 1,68 2,83 19,74 24,78
26,47
18,89
20,98
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11,0
5,66
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20,80
2,21 0,00 1,68 3,12 20,69 26,01
27,70
19,85
21,94
1,262
0,253 0,0000247
11,5
5,38
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28,23
21,85
2,21 0,00 1,68 3,43 21,73 27,38
29,06
20,91
23,00
1,264
0,253 0,0000245
12,0
5,09
82,91 2,22
29,75
23,03
2.21 0,00 1,68 3,79 22,90 28,90
30,58
22,08
24,18
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12,5
4,80
82,70 2,35
31,45
24,34
2,21 0,00 1,68 4,18 24,21 30,59
32,28
23,40
25,50
1,266 0,252 0,0000240
13,0
4,52
82,48 2,49
33,37
25,83
2,21 0,00 1,68 4,62 25,68 32,51
34,19
24,89
26,99
1,267 0,251 0,0000238
13,5
4,23
82,27 2,65
35,54
27,51
2,21 0,00 1,68 5,13 27,35 34,68
36,37
26,58
28,67
1,268 0,251 0,0000236
14,0
3,94
82,06 2,84
38,03
29,44
2,21 0,00 1,68 5,70 29,26 37,18
38,86
28,51
30,61
1,270 0,250 0,0000233
14,5
3,65
81,85 3,05
40,91
31,67
2,21 0,00 1,68 6,37 31,48 40,06
41,74
30,75
32,85
1,271 0,249 0,0000231
15,0
3,37
81,63 3,31
44,29
34,28
2,21 0,00 1,68 7,15 34,07 43,43
45,12
33,37
35,47
1,272 0,249 0,0000229
0.254 0,0000252
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en
3
Parámetros de la combustión completa del gas natural (2 de 2)
Q)
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e,
Composición del gas natural (en Nm3/Nm3) (CH4 :0,86, C2H6 :0,076, C3H8:0,024, C4H10:0,01, N 2 :0,03)
02
(%)
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(%)
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Gases
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Pérdidas en gases de combustión (%) en función de: (Temperatura gases -Temperatura ambiente) (°C)
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Una vez vistas unas nociones generales sobre calderas, esta unidad muestra más en
profundidad, lo que es una caldera pirotubular, incidiendo en las partes de que consta y en
algunos ejemplos de las fases constructivas reales de la fabricación de una caldera pirotubular.
Esto permite al lector un conocimiento más profundo de la caldera con la que va a
trabajar,consi guiendo así una óptima y segura operación.
Contenidos
4.1.Definición y principio de funcionamiento
4.2.Partes de una caldera pirotubular
manual práctico del operador de calderas
industriales
4.1. DEFINICIÓ N Y PRIN CIPIO DE FU N CIO N A MIENTO
Una caldera pirotubular es un recipiente metálico, comúnmente de acero, de forma
ci líndrica o semicilíndrica, atravesado por grupos de tubos, por cuyo interior
circulan los gases de combustión, que ceden el calor al agua que baña el exterior
de los mismos.
Los humos calientes procedentes del tubo hogar pasan por los tubos
pasadores, cambiando de sentido en la cámara de hogar y en la caja de humos
delantera hasta salir por la chimenea.
A través de este recorrido ceden gran parte de su calor al agua que los
envuelve, vaporizándose una parte, que se acumula en la parte superior del cuerpo
de presión en forma de vapor saturado.
Esta vaporización del agua es la que provoca el aumento de la presión del
interior del recipiente y que se visualiza en el manómetro.
Todos estos procesos ocurren tal y como se muestran en la Figura 4.1.
Vapor
Figura 4.1. Sección de una caldera pirotubular.
La resistencia de los materiales limita su tamaño (sus dimensiones llegan a ser
5 m de diámetro y 10 m de largo), pudiendo llegar a producir vapor sobrecalentado
hasta 25 Tm/h a 450 ºC y 25 kg/cm2 , con rendimientos de combustión en torno al 90
%. También limita su tamaño el peligro, en caso de explosión o ruptura, por el gran
volumen de agua almacenada. Pueden trabajar con todo tipo de combustible (sólido,
líquido o gaseoso).
Estas calderas presentan ciertas ventajas frente a las acuotubulares:
80
Disposiciones generales constructivas en calderas
• Capacidadpirotubulares
de soportar fluctuaciones de cargas bruscas, con ligeras variaciones
en la presión, debido a la gran cantidad de agua almacenada.
81
• Bajo coste inicial.
• Bajo coste de mantenimiento.
• Simplicidad en la instalación, que solo exige la cimentación y el interconexionado
de la caldera.
4.2. PARTES DE UNA CALDERA PIROTUBULAR
Los elementos fundamentales de los que consta una caldera pirotubular se muestran en
la Figura 4.2.
Carcasa exterior (1)
\
'·
Caja de humos (6)
'.
\
\
Tubo del hogar (3)
°'
H a z tubular (5)
Placa tubular (2)
Figura 4.2. Elementos fundamentales de una caldera pirotubular.
A continuación se analizan cada una de las partes de la caldera que aparecen
en la figura anterior:
Carcasa exterior o virola (1)
Es la envolvente de la caldera, que es de forma cilíndrica y está calorifugada para
evitar pérdidas de calor y por seguridad.
Placas tubulares (2)
Son las placas laterales de la caldera que junto con la carcasa exterior forman el
cuerpo de presión. Tanto la placa delantera como la trasera van soldadas a la
carcasa exterior.
Tubo de hogar (3)
Es el recinto donde tiene lugar la combustión, y por ello es el elemento principal de
la caldera. Los tubos de hogar adoptan dos formas, lisos con anillos de dilatación o
bien ondulados, para absorber los efectos de la dilatación.
Es la parte más importante y más delicada de la caldera; de su forma
geométrica de pende que pueda realizarse una buena formación de llama. Además,
por estar sometido a la acción de la llama y a una elevada temperatura, es necesario
dotarle de la resistencia y dilatabilidad necesarias para que cumpla con las normas de
seguridad correspondientes.
Los hogares suelen ser de forma circular, soportados entre la placa frontal de la
cal dera y la placa delantera de la cámara de hogar.Se diseñan de forma cilíndrica
alargada para que sea envolvente de la llama, debiendo ser su longitud superior a
la de la llama, para que la combustión se complete en su interior.
Existen dos tipos de hogar:
a) Hogar liso: es un cilindro de pared lisa cuya dilatabilidad se obtiene
conforman do en sus extremos una forma ondulada o añadiendo en su
pared intermedia una o más ondas de dilatación (Figura 4.3).
Figura 4.3. Fase de construcción de una caldera pirotubular.
No se permite que el espesor sea superior a 22 mm, para que la
temperatura de la chapa no supere valores determinados a la calidad del
material empleado en su construcción. Y pueden llevar anillos rigidizadores para
aumentar su resistencia.
b) Hogar ondulado: es también un cilindro en el que su generatriz sigue una curva
sinuosa en forma de ondas de diversos tipos (Figura 4.4).
Figura 4.4. Detalle de un hogar ondulado y frontal de
tubos de humos de una caldera pirotubular.
Con esta disposición se logra la dilatabilidad y rigidez necesaria, aunque en
de terminados casos de condiciones extremas de servicio de la caldera,
pueden in cluirse rigidizadores circulares similares a los indicados para
hogares lisos.
En las revisiones periódicas que deben realizarse a los hogares es muy
importan te controlar la corrosión y el ovalamiento.
Cámara de hogar (4)
Es el elemento que recibe los humos procedentes del tubo hogar. Las elevadas
tempera turas a las que se encuentra es un factor importante de diseño a tener en
cuenta para que haya una adecuada refrigeración.
Dependiendo de su diseño y en función de cómo esté refrigerada por el agua,
la cámara de la caldera se denomina:
• De cámara seca: si la cámara del hogar no está refrigerada.
83
• De cámara semi-seca: si la cámara del hogar está parcialmente refrigerada.
• De cámara húmeda: si la cámara del hogar está totalmente refrigerada.
Disposiciones generales constructivas en calderas
pirotubulares
Haz tubular (5): tubos pasadores y tubos tirantes
En principio todos los tubos tienen la misión de pasar los gases de la combustión
de una caja de humos a otra, por ello reciben el nombre de tubos pasadores y van
unidos a las placas tubulares de forma simple (soldados o mandrilados) para asegurar
la estanqueidad. Como las placas tubulares suelen estar conformadas de forma
plana, que es poco resistente a las deformaciones cuando la caldera está sometida
a presión, para evitar las deformaciones y aumentar su resistencia, dichas placas se
atirantan, utilizando para ello algunos o todos los tubos de humos. Estos tubos
reciben el nombre de tubos tiran tes, que por el trabajo que realizan, deben estar
unidos a las placas tubulares siempre con soldadura, y su espesor, normalmente,
debe ser superior a los tubos pasadores (en
ningún caso pueden emplearse tubos de espesores inferiores a 2,5 mm).
Los tubos del haz tubular se fijan a las placas tubulares dependiendo de:
• Si todos los tubos son tirantes: el expansionado producido por el mandril
será fuerte y se terminará con cordón de soldadura de sellado o
estanqueidad.
• Si solo parte de los tubos son tirantes:
- Para los tubos tirantes: el expansionado producido por el mandril será
fuerte y
se terminará con cordón de soldadura de sellado o estanqueidad.
- Para los tubos pasadores: el expansionado producido por el mandril será
fuerte o soldado.
• Si no hay tubos tirantes: Cada uno de los tubos del haz tubular estará fijado
a las placas mediante mandrilado-soldadura o solamente por soldadura.
En todos los casos, los tubos deberán sobresalir como máximo de las placas
del hogar 3 mm y 6 mm en las restantes placas tubulares.
Solamente en las calderas pirotubulares verticales, el haz de tubos deberá
estar constituido por tubos de acero sin soldadura y deberán sobresalir con un
resalte no infe rior a 6 mm ni superior a 16 mm. Dichos tubos irán soldados a las
placas por soldadura con chaflán en "X" (soldados por ambas caras).
Cajas de humos (6)
Son compartimentos donde se recogen los gases de combustión procedentes del haz tu
bular y los reconducen al siguiente paso de tubos o a la chimenea. Estas cajas de
humos pueden estar situadas en el interior de la caldera (formando parte de la
superficie de calefacción) o en el exterior (salida a la chimenea). Suele haber dos,
delantera y trasera. Las cajas de humos disponen de puertas frontales al haz
tubular.Estas puertas llevan bisagras atornilladas con el objeto de permitir bien su
fijación estanca o su giro para las limpiezas periódicas de hollín, revisiones periódicas o
mantenimiento (sustitución de
algún tubo dañado).
Tanto las cajas de humos como las puertas son de acero y están
convenientemente aisladas con una argamasa de cemento refractario con vermiculita.
Disposiciones generales constructivas en calderas
pirotubulares
Otros elementos
Además de los elementos descritos, hay otros elementos de arriostramiento que
absor ben las tensiones y las dilataciones debidas al calentamiento de la estructura
y elemen tos como registros y puertas que no se muestran en la Figura 4.1, pero
ayudan a un buen diseño de la caldera. Algunos de estos elementos son los siguientes:
Atirantado: barras tirantes, virotillos y cartelas
Otras formas de reforzar las superficies planas contra las deformaciones producidas por
las presiones interiores es a través de barras tirantes, virotillos y cartelas.
• Barras tirantes: son barras de acero conformadas en caliente y sometidas a
tra tamiento de normalizado (consistente en calentar la barra a una
temperatura de 40 ºC a 50 ºC por encima de la temperatura crítica, 800 ºC a
900 ºC) y una vez que todo el metal haya pasado al estado austenítico, se
deja enfriar al aire que unen mediante soldadura las placas que atirantan.
Las barras tirantes son los ele mentos que absorben los esfuerzos mecánicos
a que se ven sometidas las placas tubulares. Como los tubos tirantes, también
van soldadas a las placas tubulares. Están intercaladas igualmente entre los
tubos pasadores.
• Los virotillos: son barras de acero que atirantan las cajas de hogar con la
pared posterior de la caldera, pueden ir atornillados, mandrilados y soldados
por el lado de fuego. Se emplean para atirantar cuando la distancia entre las
superficies pla nas es pequeña.
• Las cartelas: son placas de chapa de forma triangular que unen las placas
fronta les y traseras con la envolvente, normalmente sustituyendo a las
barras tirantes, dejando con ello un mayor espacio libre en las calderas para su
inspección, limpie za y mantenimiento.
Puertas de registro: agujero de boca de hombre, agujero de cabeza, agujero
de mano y expansión de gases
Para diseñar una caldera es muy importante tener en cuenta una serie de registros
o puertas, ya sea al lado del fuego como al lado del agua, que permitan la
accesibilidad de las distintas partes de las mismas, bien para su inspección y
limpieza o para su mante nimiento.
• En el lado del fuego, además de las puertas de cajas de humos (vistas
anterior mente) existen en el hogar otras puertas, bien de carga de
combustible (com bustibles sólidos) o bien de acoplamiento del quemador
(combustibles sólidos, líquidos y gaseosos). También existe un tipo de puertas
llamadas de expansión de gases que permiten evacuar cualquier sobrepresión
que se produzca en el hogar. En calderas que utilizan combustibles sólidos
suelen existir además las puertas cenicero que permiten la extracción de los
residuos de la combustión.
85
manual práctico del operador de calderas
industriales
• En el lado del agua, existen una serie de puertas de forma circular o elíptica,
que permiten la inspección y limpieza de la caldera. Según su tamaño se
denominan:
86
- Entradas o bocas de hombre (permiten la entrada de una persona), suelen
es tar situados en los fondos del cuerpo cilíndrico o, también, cuando las
calderas son de gran cámara de agua, en las superficies laterales. Las
dimensiones mí nimas son de 320 x 420 mm o de diámetro interior no
inferior a 420 mm.
- Agujeros de cabeza (permiten la entrada de la cabeza de una persona),
son aberturas de 220 x 320 mm de sección mínima o diámetro interior no
inferior a 320 mm.
- Agujeros de mano (permiten la entrada de la mano de una persona), son
aber turas de 80 x 100 mm de sección mínima o de diámetro interior
no inferior a 100 mm.
En la Figura 4.5 se muestran dos puertas de registro.
Figura 4.5. Puertas de registro.
En todos los casos, los agujeros deben cerrarse herméticamente por medio de
una junta interior y tornillos de sujeción M30 según DIN 983.
Para realizar la inspección visual de la llama o de cualquier otra parte del
hogar, exis ten unas mirillas en las puertas delanteras con aberturas de diámetro
igual o superior a 50 mm.
También existen otras formas de inspección visual como son las correspondientes
sa lidas de vapor,aireación, drenaje, purga, alimentación de agua, válvulas de
seguridad, etc.
••
Esta unidad muestra, ya más en detalle, lo que es una caldera acuotubular,incidiendo en las
partes de que consta.
Como estas calderas son más complejas que las pirotubulares, se explica cómo son las más
habi tuales y se citan algunos tipos cuya aplicación es para casos muy concretos.
De igual forma que en la unidad anterior,el lector podrá adquirir un conocimiento más profundo
de la caldera con la que va a trabajar,consiguiendo así una óptima y segura operación.
Contenidos
5.1.Calderas acuotubulares
5.2.Calderas verticales. Tubos Field.Tubos pantalla parallamas
5.3.Calderas de vaporización instantánea. Serpentines. Separadores de vapor
5.4.Calderas de agua caliente y sobrecalentada
5.5.Calderas de fluido térmico
manual práctico del operador de calderas industriales
5.1. CALDERAS ACUOTUBULARES
Las calderas acuotubulares son las que están formadas por una red de tubos, por
cuyo interior circula el agua que se pretende calentar.
5.1.1.
Principio de funcionamiento
En la Figura 5.1se muestra un esquema con el principio de funcionamiento.
Vapor
Tubos de bajada
/ / /
,
Aporte
.
de calor
......
-+- Agua de alimentación
/ ,/
Tubos de subida
Purgas
Figura 5.1. Esquema simplificado de funcionamiento de una caldera acuotubular.
Al tener el agua caliente menos densidad que el agua fría se produce una
circulación desde el domo inferior al domo superior.En esta circulación, el agua
absorbe el calor ge nerado por combustión en el hogar, calentándose e incluso
vaporizándose, ascendiendo al domo superior,donde se separa en dos fases, la fase
vapor sale al exterior del domo y la fase líquida desciende al domo inferior,donde
se une al agua de alimentación, volvien do a repetirse el ciclo.
5.1.2.
Parámetros de funcionamiento y características
generales de trabajo
En este apartado se muestran ciertos parámetros de funcionamiento y
características generales de las calderas acuotubulares y la demostración de por
qué con estas se pue den conseguir presiones, temperaturas y caudales mayores que
con las pirotubulares.
88
Disposiciones generales constructivas en calderas
• La temperatura
del vapor sobrecalentado generado por este tipo de calderas
acuotubulares
puede llegar a 550 ºC y las presiones de utilización alcanzan valores entre
35 y 185 kg/cm2 •
89
• La producción de vapor de este tipo de calderas está comprendida entre las
20 y 200 Tm/hora, con un rendimiento de combustión del orden del 90 %.
• Como en el caso de las calderas pirotubulares, las calderas acuotubulares
pueden ir equipadas con parrilla para la utilización de combustibles sólidos.
• Sus formas constructivas son muy diversas, pero generalmente llevan dos o
más domos unidos entre sí por tubos que forman el haz vaporizador.
• El hogar es una zona formada por paredes de tubos y refractarios que puede
ubicarse en el interior de la caldera formando una unidad (combustibles
líquidos y gaseosos) o en el exterior (combustibles sólidos).
• Sus formas geométricas varían en función del número de colectores y de la
dis posición de estos, así como de la incorporación a la misma de
sobrecalentadores, recalentadores y economizadores, dependiendo de la
potencia, producción de va por, presión de servicio o tipo de combustible.
• Como los domos no necesitan tener ninguna superficie tubular de
calefacción, pueden fabricarse en diámetros mucho más bajos que el de la
virola de las calde ras pirotubulares y, por eso, las calderas acuotubulares
soportan presiones mu cho más altas que las pirotubulares.
Partiendo de la ecuación:
pmax
ªadmisible
=
2
X
X
e
D
Donde:
tensión admisible (es una constante del material: 1.450 kg/cm2 para
cham1s1 1e
pa de acero dulce)
Pmáx:
presión máxima que puede soportar
D:
diámetro del cilindro
e: espesor de la chapa del cilindro
Como la tensión admisible es una constante (solo depende del tipo de
material), sabiendo que el espesor tiene un límite (la disipación del calor
desde el lado hu mos al lado agua), todo lo que pueda disminuirse el
diámetro puede emplearse en subir la presión diseño, con la condición de
que el valor del producto del espesor por la presión siga siendo el mismo.
ad
ª
. .b :
5.1.3. Partes de una caldera acuotubular
Las partes principales de una caldera acuotubular se muestran en la Figura 5.2,
mientras que las partes opcionales, tan solo se citan y describen.
Vapor sobrecalentado
Agua de alimentación
Vapor saturado
(2)
(2)
(7)
1
1
1
\.........../
Gas
t Aire
Purgas
Figura 5.2. Esquema de las partes fundamentales de una caldera acuotubular.
Domos o calderines (1)
Son depósitos donde se acumula agua y/o vapor. Son el equivalente a los cilindros
de las calderas pirotubulares, pero al no tener ninguna superficie tubular de
calefacción, pueden fabricarse en menores diámetros y,por consiguiente, pueden
soportar presiones más altas, porque, en el caso de las calderas acuotubulares, la
superficie de calefacción está en los haces tubulares.
El domo (o domos) superior dispone en su interior de elementos que permiten
elimi nar las gotas de agua y sedimentos, purificando el vapor que va al proceso.
El domo (o domos) inferior está dotado de una válvula de purga para controlar
el contenido en sales del agua de caldera y para eliminar los sedimentos que
puedan pro ducirse.
91
Dentro de las distintas configuraciones de calderas acuotubulares, las hay que
tie nen dos, tres o cuatro domos, aunque lo más frecuente es que tengan un domo
inf erior y el resto en la parte superior. También hay calderas de tres domos
distribuidos en forma de triángulo, dos en la parte inferior y otro en la parte
superior.
Los domos superiores almacenan agua y vapor existiendo entre ambas fases
un separador, que solo deja pasar el vapor. Desde estos domos superiores, el
vapor va al proceso como vapor saturado o como vapor sobrecalentado (en este caso,
el vapor pasa antes por un sobrecalentador).
Haz vaporizador (2)
Está constituido por los tubos de subida y de bajada en la zona de convección de
la cal dera (por eso también se llama haz de convección). Su misión es permitir la
circulación del agua de la caldera desde el domo inferior al superior y viceversa. Su
número y distri bución depende del número de domos, así como de la incorporación de
las superficies de intercambio de calor, tales como economizadores, sobrecalentadores,
recalentadores o precalentadores de aire, etc.
Los tubos de subida llevan una mezcla agua-vapor hacia el domo superior y los
de bajada solo llevan agua al domo inferior.El número de tubos de subida y bajada
depende del diseño y régimen de la caldera.
Cuando el régimen es bajo solamente actúan como tubos de subida los más
próximos al hogar, que son los que reciben directamente el calor radiante de la
llama. Cuando el régimen de la caldera aumenta, se incorporan al intercambio de
calor los tubos llamados "de transición", situados entre los anteriores y los
estrictamente de bajada.
Los tubos del haz de convección se disponen de tal manera que una parte de
los mis mos (los más calientes) actúan como elemento de subida del fluido y el
resto (los menos calientes) como elemento de bajada del fluido ("efecto de
convección").
Por los tubos de subida el agua recibe el calor de los humos, alcanzado la
temperatu ra de saturación, por lo que se forma una mezcla de agua y vapor que
asciende hasta el domo superior de la caldera. La menor densidad del agua a la
temperatura de saturación en los tubos de subida establece la fuerza de circulación
por convección (convección na tural). La circulación puede ser también forzada, siendo
en este caso de tubos inclinados o de tubos verticales.
En las calderas que trabajan con altos regímenes de combustión, los tubos de
la parte anterior del hogar (zona próxima al fuego) son de mayor diámetro con el
objeto de aumentar el flujo de agua, porque el alto gradiente térmico en estas
superficies permite una tasa alta de transferencia de calor.
Los tubos del haz vaporizador se fijan a los domos o a los colectores mediante
man drilados, soldadura o combinación de ambas.
manual práctico del operador de calderas
industriales
Colectores (3)
Son elementos que por necesidades constructivas o de diseño reciben el agua de varios
tubos y salen con un único tubo de salida hacia el domo. Según el diseño de la caldera,
no todos los tubos del haz vaporizador pueden conectarse a veces a los domos. En
estos casos, los tubos se conectan a los colectores que hacen de conexión intermedia
(Figura 5.3).
Domo superior
Colectores (3)
Figura 5.3. Esquema de conexión de calderines al domo superior.
La distribución de los tubos en el colector puede hacerse de forma regular o
irregu lar. Si la distribución es regular puede hacerse en línea, a tresbolillo
(formando triángulos equiláteros) o en dientes de sierra.
Los colectores pueden ser de acero forjado o sin soldadura. Cuando son sin
soldadu ra, sus extremos van cerrados por medio de tapones a rosca, con bridas
atornilladas o soldadas o con fondos embutidos. No se deben utilizar tornillos en
las partes expuestas a la acción de los gases de combustión.
H ogar (4)
Es la zona donde tiene lugar la combustión. Las paredes del hogar pueden ser de
material refractario (paredes calientes), o de una parte de los tubos del haz de
tubos (paredes frías). Los hogares con paredes mixtas combinan ambos tipos.
La Figura 5.4 muestra distintas fases constructivas del hogar de una caldera
acuotubular. El hogar puede ubicarse en el interior de la caldera, formando una
unidad con esta y también en el exterior de la misma, con la correspondiente
92
Disposiciones generales constructivas en calderas
acuotubulares
comunicación
con la caldera. Este es el caso de determinados combustibles
sólidos, en el que el hogar está en el exte-
93
rior de la caldera, comunicando ambos con una cámara de radiación interior a la
caldera en donde se ubica un quemador, alimentado por combustibles líquidos o
gaseosos.
Sobrecalentador
Figura 5.4. Fases constructivas de una caldera acuotubular.
Pantallas (5)
Son elementos colocados en el circuito de humos para guiar su recorrido.
Sobrecalentador (6)
Es el elemento encargado de elevar la temperatura del vapor por encima de la de
sa turación y está formado por un sistema de tubos sobre el que inciden los humos
más calientes. Hay dos tipos de sobrecalentadores:
• Integrales: forman parte de la caldera o generador de vapor. Según sea la zona de la
caldera en la que están situados, pueden ser:
- Sobrecalentadores por convección.
- Sobrecalentadores por radiación.
- Sobrecalentadores por radiación y convección.
• Independientes: disponen de un hogar especial con un quemador auxiliar, que puede
estar conectado a una o varias calderas.
manual práctico del operador de calderas industriales
Economizador (7)
El economizador es un elemento opcional de la caldera que recupera calor sensible de
los gases de salida de una caldera para aumentar la temperatura del agua de
alimentación.
El economizador está formado por una sección de tubos, a través de los cuales
pasa el agua de alimentación, que se calienta con los gases de combustión que pasan
a través del haz de convección de la caldera.
Los economizadores se fabrican con tubos de acero, normalmente en forma de
ser pentín o en tubos de hierro fundido con aletas, circulando en ambos casos el
agua por el interior de los tubos y los gases por su parte externa. La Figura 5.5
muestra los tubos de un economizador.
Figura S.S. Economizador en fase de construcción .
Los economizadores se clasifican:
Por el tipo de material:
a) De acero estirado sin aletas: para temperaturas de humos muy altas, con
gran des saltos térmicos y gran transferencia de calor.
b) De acero estirado con aletas transversales de acero: formados por tubos li
sos con aletas redondas o cuadradas unidas al tubo por soldadura o por
encastre, por deformación en frío o en caliente.
c) De acero con aletas de fundición: tienen las ventajas de la fundición
frente a la corrosión ácida y las del acero en cuanto a la resistencia
mecánica.
Por su localización, los economizadores se clasifican en:
a) De tipo integral:se caracterizan por tener baterías de tubos localizados dentro
del cuerpo de la caldera. La Figura 5.6 muestra un economizador dentro de
una caldera de postcombustión.
Disposiciones generales constructivas en calderas acuotubulares
Planta de cogeneración en ciclo combinado
20Tm/h
Tanque de
200'C
alimentación
E.R.M.
Economizador
Turbina de gas
Caldera acuotubular
Turbina de vapor
340'C
....,
Fábrica
180'C
Reductora de presión
Atemperadora
Figura 5.6. Economizador integrado en una caldera acuotubular.
Los economizadores integrados, a su vez, pueden ser:
• De un solo colector, que consta de un colector montado en su extremo
infe rior,del que parten los tubos dispuestos en paralelo hacia la parte
superior, en donde se conectan directamente al domo superior de la caldera.
• De doble colector, que constan de un colector inferior y otro superior,
conec tados entre sí por tubos. El agua de alimentación se introduce en
el colector superior, de donde pasa por una sección de tubos hacia el
domo inferior para pasar después al domo superior de la caldera. Las
conexiones entre el econo mizador y la caldera incorporan un sistema de
válvulas que permite aislar el economizador del sistema.
Estos economizadores solo es posible colocarlos en las calderas acuotubulares.
b) De tipo adyacente: se caracterizan por su construcción de tubos horizontales
colocados en serpentines o hileras cerradas, dispuestos por lo general en forma
alternada; los gases de la combustión fluyen transversalmente al eje longitudinal de los
tubos. Estos economizadores están situados fuera de la caldera (acuotu bular o
95
manual práctico del operador de calderas
industriales
pirotubular),
formando una unidad independiente, y en el caso de calderas de tiro
aspirado, antes del ventilador de extracción de gases.
10
0
En la Figura 5.7 se muestra una disposición en paralelo.
t
Humos
Economizador
Caldera
Agua de alimentación --+--
Figura 5.7. nstalación de un economizador.
Cada tipo tiene ventajas e inconvenientes, pero en ambos casos debe preverse una
alimentación continua con el fin de eliminar posibles choques térmicos que puedan
ocu rrir en una alimentación discontinua.
Calentador de aire (8)
El calentador de aire es un intercambiador de calor,que sirve para precalentar el
aire an tes de entrar en el quemador,aprovechando el calor residual de los humos
antes de salir por la chimenea. En algunos casos también se emplea vapor residual en
vez de humos.
Se instala en el curso de la corriente de los humos de combustión, entre la
caldera y la chimenea, o entre el economizador (si lo hay) y la chimenea. El aire
para la combustión se calienta con los gases de escape, al ser impulsado a través
del calentador por medio de un ventilador de tiro forzado.
Una configuración posible se muestra en la Figura 5.8.
Disposiciones generales constructivas en calderas
acuotubulares
tHumos
Calentador
Caldera
Agua de alimentación
Figura 5.8. nstalación de un calentador de aire de combustión.
o
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·¡;
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e
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e
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i
a
l
manual práctico del operador de calderas
industriales de los calentadores de aire puede ser acero, hierro for jado o vidrio
construcción
Pyrex.
Los calentadores de aire se clasifican de acuerdo con su principio de operación
en:
• Calentadores recuperativos: el calor a recuperar procedente de un fluido en
movimiento (gases de escape, vapor, etc.) pasa a través de la superficie de
inter cambio de calor hacia el aire más frío (también en movimiento). Ambos
fluidos están completamente separados en todo momento.
• Calentadores regenerativos: en este caso, una masa es térmicamente
regene- rada por el paso de los productos de la combustión calientes,
después de que ha sido enfriada por la corriente de aire.
d
e
Si'
manual práctico del operador de calderas
industriales
Recalentador (9)
Es el elemento encargado de elevar la temperatura de un vapor procedente del proceso,
sin entrar en la caldera.
Cuando el vapor sale de la caldera, para trabajar en una máquina,
normalmente la presión y temperatura descienden hasta el punto de saturación
llegando incluso a la zona húmeda (título inferior a la unidad). Si se pretende
reutilizar este vapor en otras máqui nas del proceso, sin volverlo a llevar a la
caldera para calentarlo de nuevo se emplea un recalentador. Por tanto, su función
es semejante a la del sobrecalentador, pero con el recalentador el vapor solo
incrementa su temperatura, manteniendo la presión (normal mente desciende,
debido a la pérdida de carga). Para el diseño del recalentador,la caída de presión se
limita al 10 % en total (5 % a través del mismo y otro 5 % por pérdidas en
válvulas y conexiones).
Los recalentadores, al igual que los sobrecalentadores, también pueden clasificarse en:
a) Recalentadores por convección.
b) Recalentadores por radiación.
c) Recalentadores por convección y radiación.
5.2. CALDERAS VERTICALES. TUBOS FIELD.TUBOS PANTALLA
PARALLAMAS
Las calderas verticales son calderas acuotubulares, de pequeña producción de vapor, en
las que los tubos del haz de convección están situados al final de la cámara de
combustión.
La combustión en este tipo de caldera se realiza en su parte
inferior,ascendiendo en un solo recorrido los gases de combustión hasta la chimenea y
cruzando en su camino las diversas secciones de la superficie de calefacción de la
caldera.
La característica que distingue un tipo de caldera de otra es la situación de los
tubos de convección, que pueden ser verticales colgados de una placa tubular
superior y con su extremo inferior cerrado (tubos Field), cruzados respecto al
sentido de circulación de los gases y con una ligera inclinación para facilitar la
circulación natural del agua, y de tipo curvados conectados a la parte superior de la
caldera que actúa como domo colector. Para la protección de los domos o de los
sobrecalentadores se utilizan tubos pa rallamas situados sobre el hogar, para evitar
que la llama alcance directamente a los tubos. También se utilizan otros dispositivos
en hierro fundido, denominados igualmente
parallamas.
98
Disposiciones generales constructivas en calderas acuotubulares
Para evitar el tiro directo de la llama o de los gases de combustión a la
chimenea, estos tubos parallamas obligan a los humos a circular a través de las
superficies de ca lefacción de la caldera.
En las revisiones periódicas y limpiezas debe verificarse la zona del plano de
evapori zación del agua en el lugar en contacto con los gases de la combustión, por
ser una zona sometida a mayor corrosión y esfuerzos térmicos que el resto de la
caldera.
99
5.3. CALDER AS DE VAPORIZACIÓN NSTANTÁNEA.
SERPENTINES. SEPARADORES DE VAPOR
Son calderas acuotubulares con un serpentín, calentado por una llama. El agua entra al
serpentín por su extremo inferior, saliendo en forma de vapor por el extremo superior.
El volumen de la caldera se diseña para conseguir alcanzar el punto de saturación
del agua, partiendo de agua totalmente fría.
Normalmente, se construyen para pequeñas producciones de vapor, aunque hay al
gunas excepciones en las que se usan para grandes producciones de vapor:
• Calderas de vaporización instantánea de serpentín: son para producciones
de vapor de hasta 5 Tm/h.
• Calderas de vaporización instantánea tipo Benson: son para grandes
produc ciones (centrales térmicas), en las que se ha prescindido de domo.
Podría ser un tubo calentado por una llama, en que el agua alimentada por
un extremo sale en forma de vapor por el otro.
La Figura 5.9 muestra dos calderas de vaporización instantánea, una horizontal
y otra vertical.
Figura 5.9. Calderas de vaporización instantánea .
Como el volumen posible de agua es relativamente pequeño en relación a la
cantidad de calor que se inyecta en un corto espacio de tiempo, la caldera está lista
para dar vapor en las condiciones requeridas casi de forma instantánea.
En esta clase de calderas, el caudal de agua inyectada es prácticamente igual
al caudal de vapor producido, por lo que un desajuste entre el caudal de calor
aportado y caudal de agua puede dar lugar a obtener agua caliente o vapor
recalentado si no está bien controlado el aporte de calor.
En las calderas de evaporación instantánea de serpentín de pequeña
producción, la disposición constructiva más usual es de dos o más serpentines en
tubos de acero, situados concéntricamente o conectados en paralelo, recorridos en
sentidos alternativos por los gases de combustión. El espacio interno del serpentín
interior se comporta como el hogar de la caldera.
Para evitar la formación de vapor recalentado, se suministra un ligero exceso
de agua que además sirve para un continuo lavado de los tubos, arrastrando
consigo las sales disueltas del agua de alimentación. Para que el vapor saturado
de salida de la caldera sea seco, se instala un separador de vapor para eliminar del
vapor el exceso de agua alimentado. Existen diversos tipos de separadores, pero el
más habitual es el ciclónico, en que el vapor entra tangencialmente a un tubo
vertical, separándose el agua del vapor por efecto centrífugo, evacuándose el agua
por su parte inferior y el vapor por su parte superior.
5.4. CALDER AS DE AGUA CALIENTE Y SOBRECALENTADA
Las calderas de agua caliente y sobrecalentada se construyen en tipos pirotubular
y acuotubular,con potencias de hasta 300.000 kcal/h.
Su utilización en la industria generalmente es para trabajar en circuitos de baja
pre sión y temperatura.
La Figura 5.10 muestra una batería de calderas de agua sobrecalentada.
101
Figura 5.10. Calderas de agua sobrecalentada .
100
Disposiciones generales constructivas en calderas
acuotubulares
Estas calderas presentan una serie de ventajas e inconvenientes respecto a las
de vapor:
a) Ventajas:
• Se elimina el riesgo de fugas y pérdidas en purgadores.
• No existen pérdidas de calor a causa de purgas de caldera, ni problemas
aso ciados a su evacuación.
• Se reducen los problemas de conservación de líneas a causa de la
corrosión e incrustaciones.
• El trazado de tuberías resulta más sencillo al no tener que considerar
desnive les ni puntos de recogida de condensados.
• Se eliminan gastos ocasionados por el tratamiento de agua.
b) Inconvenientes:
• Los equipos de intercambio de calor requieren de mucha más superficie y
vo lumen con agua sobrecalentada que con vapor, lo que complica y
encarece la instalación.
• Para suministrar la misma cantidad de calor, con estas calderas se
necesita más caudal de agua que la que se necesitaría con las de vapor.
• Cuando se producen roturas en tuberías del equipo de agua sobrecalentada,
se produce una disminución de la presión y como consecuencia una brusca
evapo ración de la masa de agua sobrecalentada, con el riesgo de accidente,
al aumen tar extraordinariamente el volumen de forma prácticamente
instantánea.
5.5. CALDERAS DE FLUIDO TÉR MICO
Son calderas que se emplean en procesos que requieren altas temperaturas con
pre siones bajas o medias, por lo que usan fluidos térmicos diferentes al agua
como fluido caloportante (el más común es el aceite).
Las calderas empleadas son de tubos en forma de serpentín, de dos o tres
serpen tines concéntricos, y en el centro se aloja la llama que cede principalmente
su calor por radiación a los tubos.
Las temperaturas utilizadas con fluidos térmicos oscilan entre 250 ºC y 400 ºC,
sien do esta una gran ventaja frente al vapor,puesto que alcanzar estas
temperaturas implica muy altas presiones en vapor,en que el coste de la instalación
de las calderas de vapor es mayor que con las de fluido térmico.
Sus inconvenientes son la toxicidad de los fluidos térmicos, los riesgos de
inflamabi lidad y autoignición, y su coste de reposición que, a pesar de su duración,
es mayor que el agua.
La Figura 5.11muestra una caldera de fluido térmico.
Figura 5.11. Caldera de fluido térmico.
102
••
Esta unidad muestra los diferentes elementos anexos a la caldera que permiten su correcto
funcio namiento, dando detalles en muchos casos para que el operador tenga las nociones
necesarias de los mismos y sea capaz de manipularlos de una forma lógica.
Contenidos
6.1. Concepto
6.2.
Válvulas de paso o interrupción: asiento y compuerta
6.3.
Válvulas de retención: de asiento, de clapeta y de disco
6.4.
Válvulas de seguridad
6.5.
Válvulas de descarga rápida
6.6.
Válvulas de purga continua
6.7. ndicadores de nivel: grifos y columnas
6.8.
Controles de nivel por flotador y por electrodos
6.9.Limitadores de nivel termostáticos
6.10.
Bombas de agua de alimentación
6.11.
nyectores de agua
6.12.
Caballetes y turbinas para agua de alimentación
6.13.
Manómetros y termómetros
6.14.
Presostatos y termostatos
6.15.
Quemadores
6.16.
Elementos del equipo de combustión
6.17.
Estación de regulación y medida para gas
manual práctico del operador de calderas
industriales
6.1. CONCEPTO
Los accesorios son todos aquellos elementos que sin formar parte de la caldera
propia mente dicha están relacionados con la misma, porque son necesarios para su
operación, control, mantenimiento, seguridad y eficiencia de operación.
6.2. VÁLVULAS DE PASO O INTERRUPCIÓN:
ASIENTO Y COMPUERTA
Las válvulas de paso son las que permiten o interrumpen el paso de caudal de
fluido a través de las tuberías o conductos de la caldera. Las hay de varios tipos:
Válvulas de asiento (también llamadas de globo)
Son aquellas en las que el cierre se consigue mediante un vástago que desciende
hasta un asiento metálico cuando se gira el volante en el sentido horario. Para abrir
la válvula, se eleva el vástago, distanciándolo de su asiento mediante un
movimiento en sentido antihorario (Figura 6.1).
Figura 6.1. Conjunto y detalle de una válvula de asiento.
Válvulas de compuerta
Disponen de una compuerta desplazable (mortaja) con relación a la trayectoria que
sigue el fluido en la tubería donde se encuentra instalada la válvula. Pueden ser de
tajadera y de bola o de sector de bola (Figura 6.2).
Accesorios y elementos adicionales para calderas
Válvulas de tajadera
Vtllvula de sector de
bola Figura 6.2. Válvulas de compuerta.
Observaciones importantes
• Excepto las válvulas de seguridad y las de unión con sobrecalentadores y
reca lentadores, entre la conexión de salida de vapor y la conexión de
llegada de vapor debe haber una válvula de interrupción lo más cerca posible
de la caldera y en un punto con acceso fácil y cómodo a la válvula. Además,
dicha válvula debe indicar, de forma clara, el estado de apertura o cierre de la
misma.
• Las calderas de vapor saturado y sobrecalentado y los recalentadores
disponen de una válvula para interrumpir la salida del vapor. Los
recalentadores de vapor dispondrán además de una válvula de seccionamiento
en la tubería de entrada de vapor.
• Estas válvulas deben ser de cierre lento, de fácil maniobra y con husillo
exterior, y la velocidad de salida del vapor a través de ellas para la máxima
producción en régimen continuo no debe sobrepasar 30 mis para el caso de
vapor saturado y
50 mis en el caso de vapor sobrecalentado y recalentado.
• Cuando hay varias calderas en paralelo, cada una de ellas debe llevar válvulas
de interrupción en el circuito principal de agua para incomunicar la caldera
con la instalación en el caso de avería o limpieza.
• En calderas de agua caliente, la instalación de válvulas de cierre o
separación entre las tuberías de subida y bajada de la caldera se hará de
manera que se asegure la unión de la caldera al vaso de expansión, incluso
con válvulas cerradas. Además se dispondrá de una válvula de paso en el
circuito de alimentación.
• Las calderas manuales que emplean combustibles líquidos o sólidos
pulverizados dispondrán de válvulas de interrupción manual para cortar la
aportación calorífica procedente del combustible.
• En las calderas automáticas de vigilancia directa que utilicen combustibles
líqui dos o sólidos pulverizados, en la entrada del combustible al quemador
deberá ir colocada una válvula de cierre manual, además de las
correspondientes válvulas de cierre automático.
manual práctico del operador de calderas
industriales
105
Accesorios y elementos adicionales para calderas
6.3. VÁLVULAS DE RETENCIÓN: DE ASIENTO, DE CLAPETA
Y DE DISCO
Las válvulas de retención (antirretorno) son las que permiten el paso del fluido en
un sen tido. El elemento incorporado para retener o impedir el retroceso del fluido
es un vástago que apoya en su asiento, en una clapeta o en un disco (Figura 6.3).
Sentido del flujo
¡g +-++--Muelle
=;;<'.l _, ..,,_,.,.._ Disco
Cuerpo
A bierto
Cerrado
Figura 6.3. Válvula de retención y forma de trabajo.
Observaciones importantes
• Cada tubería de alimentación de agua para las calderas debe tener
instalada una válvula de retención y otra de cierre, separadas y
situadas cerca de la caldera. Si hay un economizador, dichas válvulas
se situarán a la entrada del mismo.
• En el caso de calderas unidas a un colector común o a un
distribuidor de vapor, la conexión de vapor de cada una de estas
calderas llevará, al menos, una válvula de cierre y una válvula de
retención.
• Ubicación de las válvulas de retención:
a) En calderas de vapor saturado y de agua sobrecalentada,
sobrecalentadores, recalentadores de vapor:
manual práctico del operador de calderas
industriales
- Dos válvulas de retención en la tubería de alimentación de agua, una
muy cerca de la caldera y la otra a la salida de la bomba. Si hay más
de una bom ba con tuberías comunes, a la salida de cada una de ellas
irá una válvula de retención y a continuación otra de interrupción.
- Una válvula de retención en la tubería de salida de vapor de cada unidad
que forme parte de un grupo de calderas o recalentadores con un colector
común.
- Una válvula de retención en la tubería de alimentación de agua que
proceda de la red pública.
106
Accesorios y elementos adicionales para calderas
b) En calderas de agua caliente: una válvula de retención en el circuito de ali
mentación. Esta válvula puede suprimirse cuando el agua de alimentación va
directamente a un vaso de expansión abierto.
c) En calderas automáticas de vigilancia directa o indirecta con combustibles lí
quidos: una válvula de retención cuando el quemador sea del tipo de variación de
caudal por modificación de la presión de retorno, para obturar este retorno. Podrá
suprimirse dicha válvula de retención si la propia válvula de regulación de la
presión de retorno actúa como válvula de retención.
6.4. VÁLVULAS DE SEGURIDAD
Las válvulas de seguridad son dispositivos destinados a la protección de los
equipos a presión para evitar que se superen los límites admisibles. La Figura 6.4
muestra la sec ción de una válvula de seguridad.
Opción
Opción
1
Resorte en acero Cr-Va
Tapa con cierre
hennético para
Tapa con cierre
hermetice para gas
gas
Resorte en acero Cr-Va
Disco y asiento
Opción
Y
Asiento blando
Disco asient en
para cierre hermético acero HlOX. pulido
·
Tobera
,
al espejo
en
acero inox.
Figura 6.4. Sección de una válvula de seguridad.
o
. ü
ii
w
@
42
e
·¡;
ro
e
"
'
(1
)
Opción
manual práctico del operador de calderas industriales
6
.
4.1. Norma UNE 9-100-86. Válvulas de seguridad de calderas de vapor
La norma UNE debe consultarse siempre, pero se ha considerado interesante dar
un amplio detalle de la misma, ya que el correcto dimensionamiento de las válvulas
de se guridad es de vital importancia para las personas, los propios equipos
presurizados y el resto de elementos de la instalación sometidos a presión.
l Oi'
Accesorios y elementos adicionales para calderas
Definición
Las válvulas de seguridad son las encargadas de evacuar el caudal del fluido
necesario de un equipo presurizado (caldera de vapor,economizador, sobrecalentador y
recalenta dor) de tal forma que no se sobrepase la presión máxima admisible (antes
de timbre) del equipo presurizado a proteger.
La presión máxima admisible (antes presión de timbre) es la presión para que
se ha proyectado el equipo presurizado y se llama así porque esta presión va
timbrada en la envolvente del equipo.
t/"7,222:ZZZ ----------Tapa
Tuerca de bloqueo ----=:j
t7------:---:-:-:;----Anillo espiga
('d--t-----Arandela y pasador palanca
::.-C=--.-.-c=..-'
Palanca------<
r+-l"J---------Tornillo de ajuste
..b::11>1------Tuerca tornillo de
ajuste H------Tornillo fijación
cabezal
Placa de
características
"1------Cuerpo intermedio
.--------Espárragos
.--------- Tuercas
Pasador vástago -Fr.771
====1--' Vástago
¡.,..<..,
4.44---1
V. 4'.../--1--------+- Disco
---+-----+-Aro ajuste sup.
Tornillo fijación
aro superior
Tomillo fijación
aro inferior ,.::=S r==i
----------+-t
Bola disco
--+- -----t-Aro ajuste inf.
manual práctico del operador de calderas industriales
Figura 6.5. Componentes de una válvula de seguridad.
108 @
Accesorios y elementos adicionales para calderas
La presión de precinto (antes de tarado) es la presión a la que está tarada la
válvula que protege a los equipos presurizados antes mencionados. Esta presión
siempre debe ser menor a la máxima admisible.
Según donde estén ubicadas las válvulas de seguridad se debe considerar:
a) Las válvulas de seguridad de calderas, sobrecalentadores y recalentadores
de apertura rápida y total, no proporcional al aumento de presión. Son
siempre de resorte y están provistas de un mecanismo de apertura manual,
debiendo ser la elevación de la válvula mediante la presión del vapor evacuado
(Figura 6.5).
b) Las válvulas de seguridad para economizadores, denominadas habitualmente de
alivio, se caracterizan por una apertura automática y proporcional cuando la
pre sión sobrepasa el valor de la presión de precinto (antes de tarado).
Tipos de válvulas de seguridad
Según el mayor o menor levantamiento de la válvula, ejercido por la presión del
vapor, las válvulas pueden ser:
• Válvulas de seguridad de elevación media: se entiende por válvula de
seguri dad de elevación media aquella en la que la presión del vapor
evacuado produce al levantamiento de la válvula al menos un 1/12 del
diámetro interior de la tobera.
• Válvulas de seguridad de elevación total: se entiende por válvula de
seguridad de elevación total aquella en la que el levantamiento de la válvula,
ayudado por la presión del vapor evacuado, crea un área neta para el paso
del vapor igual al menos al 80 % del área neta de la sección libre de la
tobera después de haber deducido de la misma las obstrucciones debidas a
las guías y al cuerpo de válvula, cuando está en su posición más alta, siendo
su carrera mínima igual a la cuarta parte del diámetro interior mínimo de la
tobera.
Otras variantes de válvulas de seguridad:
• Por su agrupación:
- Válvula de seguridad sencilla: es la que aloja en su cuerpo un solo asiento.
- Válvula de seguridad doble o múltiple: es la que aloja en su cuerpo dos o
más asientos de válvulas.
• Por su conexión:
- Válvulas embridadas.
- Válvulas soldadas.
- Válvulas roscadas.
o
Nota: Las válvulas de seguridad de los tipos establecidos y variantes
consideradas podrán ser también accionadas con válvula piloto, denominadas en
este caso válvulas pilotadas, siempre que el dispositivo que accione a la válvula lo
haga por medio del vapor de la caldera en la cual está montada dicha válvula, no
aceptándose fuentes externas de energía.
•
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11.
ID
e
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manual práctico del operador de calderas
industriales
Terminología
A continuación se definen algunos conceptos importantes y que se observan de
forma más clara en la Figura 6.6:
• Presión de precinto (antes de tarado): es la presión a la cual se dispara la
válvula. En ningún caso superará a la presión máxima admisible (antes presión
de timbre).
• Sobrepresión: es el incremento de presión que se produce por encima de la
pre sión de precinto (antes de tarado) estando la válvula completamente
abierta.
• Presión de cierre: es aquella presión a la que se cierra la válvula una vez
desa parecida la causa que motivó su apertura.
• Escape: es la diferencia entre la presión de precinto (antes de tarado) y la de cierre.
Presión
Pe: presión de
Sobrepresión
]-·--·---··----:;;;;.,
-
----.
Escape
precinto (antes de
tarado)
Pr: presión de trabajo
Pe: presión de cierre
··-··--··-··-J... Pe
iempo
Figura 6.6. Diagrama presión-tiempo de una válvula de seguridad.
Funcionamiento
El funcionamiento de una válvula de seguridad es distinto en función de que sea de
aper tura instantánea o de alivio, como se muestra a continuación.
Válvulas de seguridad de apertura instantánea
Cuando se produce una elevación de la presión próxima a la de precinto (antes de
tara do), la fuerza ejercida por el resorte equilibra a la resultante de la presión de
entrada sobre el área inferior del disco de cierre u obturador.
Al estar el disco de cierre completamente equilibrado, cualquier ligero aumento
de la presión le separará del asiento de la tobera y permitirá la salida de algo de
vapor, que pudiera estar retenido en la cámara de expansión.
Esta presión, multiplicada por el aumento de sección que presenta ahora el
resorte del disco de cierre u obturador o deflector,obligará a este a separarse
110
Accesorios y elementos adicionales para calderas
repentina y total mente. Además, al invertirse el sentido del flujo del vapor a su
salida por el perfil o diseño del resorte del disco de cierre o deflector, se aprovecha
la fuerza de reacción que origina
la energía cinética del vapor y la válvula se mantiene completamente abierta mientras
no disminuya la perturbación.
Si, con posterioridad, dicha perturbación desaparece, la válvula se cierra por sí
sola a una presión ligeramente inferior a la de precinto (antes de tarado) a
consecuencia de la energía cinética del vapor de escape.
El sistema de ajuste del anillo permite regular la presión y el escape.
Válvulas de seguridad de alivio
Trabajan igual que las de apertura rápida, salvo que en las válvulas de seguridad de
aper tura instantánea, la válvula se mantiene completamente abierta mientras no
disminuya la perturbación y en las de seguridad de alivio la apertura de la válvula
es proporcional al caudal a evacuar.
Dimensionado y número de válvulas de seguridad
El dimensionado y el número de válvulas de seguridad es función del elemento a
prote ger,por lo que a continuación se indica, en cada caso, cómo se debe
proceder:
Calderas de vapor saturado
Las calderas de vapor saturado deben tener, como mínimo, dos válvulas de
seguridad independientes. Pero en las calderas en las que el producto de la
presión de servicio (P, en bar) por el volumen de agua contenida ( V, en m3) sea
igual o inferior a 10, podrán incorporar una sola válvula de seguridad. Además, estas
válvulas de seguridad deben ser de apertura instantánea total.
El conjunto de las válvulas de seguridad instaladas deberá permitir dar salida al
cau dal de vapor,de forma que el aumento de presión en el interior de la caldera no
exceda del 10 % de la presión de precinto correspondiente.
p
Q = 3.600 -¡:
Donde:
Q: total de vapor a evacuar,en kilogramos por hora
P: potencia de la caldera, en vatios
J..: calor latente de vaporización, en julios por kilogramo, del agua de la caldera,
a la presión de servicio
El caudal de vapor evacuado por una válvula de seguridad será garantizado
por el fabricante de la misma, tras haberla homologado por una entidad de control
reconocida.
Sobrecalentadores de vapor
Los sobrecalentadores de vapor que puedan permanecer bajo presión, con independen
cia de la caldera respectiva, llevarán como mínimo una válvula de seguridad cuya
capaci dad de descarga será de 30 kilogramos de vapor por cada metro cuadrado
de superficie de calefacción del sobrecalentador.
El sobrecalentador de vapor incorporado a la caldera, sin interposición de una
vál vula de seccionamiento, llevará igualmente una válvula de seguridad pero, en este
caso,
11 ,
manual práctico del operador de calderas
industriales
su capacidad de descarga podrá considerarse como formando parte de las
válvulas de seguridad de la caldera.
Para la evacuación de vapor sobrecalentado solo se admitirán las válvulas de segu
ridad de apertura instantánea.
El caudal de vapor sobrecalentado evacuado por una válvula será garantizado por
el fabricante de la misma tras homologarla por una entidad de control reconocida.
Recalentadores de vapor
Los recalentadores de vapor dispondrán de una o más válvulas de seguridad, para que
la capacidad total de descarga sea, al menos, igual al máximo caudal de vapor
para el que se ha diseñado el recalentador.
Para la evacuación del vapor recalentado solo se admitirán válvulas de seguridad
de apertura instantánea.
El caudal de vapor recalentado que evacua una válvula de seguridad será
garantiza do por el fabricante de la misma tras homologarla por una entidad de
control reconocida.
Calderas de agua sobrecalentada y economizadores
Las calderas de agua sobrecalentada dispondrán de dos válvulas de seguridad de
alivio, salvo aquellas en las que el producto de la presión de servicio, en bar,por el
volumen de agua de la caldera, en m3, sea igual o inferior a 10, para las cuales se
admitirá la instala ción de una sola válvula de seguridad de alivio.
Los economizadores que puedan aislarse de la caldera dispondrán de una o
más válvulas de seguridad de alivio.
El conjunto de las válvulas de seguridad de alivio instaladas, tanto en calderas
de agua sobrecalentada como en economizadores, deberá permitir la descarga de la
canti dad de agua necesaria para que la presión en el interior del aparato
respectivo no sobre pase en más de un 10 % la presión de precinto, suponiendo
una circulación nula de agua. El agua a evacuar por una caldera de agua
sobrecalentada o por un economizador es:
p
Q = 3.600 -¡:
Donde:
Q: total de vapor a evacuar,en kilogramos por hora
P: potencia de la caldera o la máxima capacidad de intercambio de calor del
econo mizador,en vatios
J..: calor latente de vaporización, en julios por kilogramo, a la presión de
servicio en cada caso
El caudal de agua evacuado por una válvula de seguridad es el garantizado por
el fabricante de la misma una vez homologado por una entidad de control reconocida.
Tamaño mínimo de las válvulas
112
Accesorios y elementos adicionales para calderas
En ningún caso se instalarán válvulas de seguridad de apertura instantánea o de alivio
de tamaño inferior a DN 15 (diámetro nominal interior,en milímetros).
113
Dispositivos de levantamiento
Cada válvula de seguridad dispondrá de una palanca de apertura manual que
permita descargarla a una presión inferior a la de precinto (antes de tarado).
Este mecanismo estará estudiado de forma que impida a la válvula quedarse
levan tada o fuera de su asiento cuando deje de aplicarse la fuerza exterior que
produjo el levantamiento.
Construcción
Las válvulas de seguridad se construirán de tal forma que la rotura de cualquier
pieza de ellas no dificulte la libre descarga del vapor de la caldera, de tal forma
que:
• Los cierres y vástagos no podrán salirse de su guía ni agarrotarse.
• Los vástagos irán desprovistos de empaquetaduras o prensaestopas.
• La relación entre la longitud del resorte espiral sin cargar y su diámetro
exterior no excederá de 4.
• Las válvulas de seguridad estarán dispuestas para que, aun en el caso de
rotura del resorte, no se producirá el lanzamiento del vástago y cierre.
• Los resortes de las válvulas de seguridad instaladas en sobrecalentadores
esta rán expuestos a la atmósfera.
Materiales
Los materiales empleados serán adecuados a las condiciones de servicio y,en todos los
casos, el fabricante indicará la composición y características mecánicas.
A título indicativo, se facilita a continuación la relación de los materiales más
común mente empleados en los principales elementos de las válvulas de seguridad.
• Cuerpo, los materiales empleados son:
- Hierro fundido, para presiones no superiores a 16 kgf/cm2 (trabajando con
vapor 14 kgf/cm2) y temperaturas no superiores a 220 ºC.
- Acero al carbono fundido y fundición nodular, para presiones superiores a
16 kgf/cm2 y temperatura de servicio hasta 400 ºC + 460 ºC.
- Acero aleado fundido, principalmente Cr o Mo para temperaturas superiores.
• Cúpula o arcada: materiales idénticos a los citados para el cuerpo.
• Asiento: acero inoxidable o aleación equivalente: Hasteloy,etc.
• Disco de cierre: acero inoxidable forjado, endurecido superficialmente.
• Vástago: acero inoxidable o aleaciones equivalentes.
• Resorte: acero al carbono para temperaturas bajas (límite superior muy
variable, según los diferentes constructores) y acero aleado, preferentemente al
wolframio para temperaturas superiores.
Accesorios y elementos adicionales para calderas
Instalación
Para la instalación se dan las siguientes recomendaciones:
• Las válvulas de seguridad irán sin válvula intermedia sobre conexiones
planas o tubulares.
• La descarga de la tubería de salida debe dirigirse a un punto sin peligro para
per sonas o cosas.
• Cuando la tubería de salida esté dirigida hacia arriba, se debe instalar una
purga en el punto más bajo de la tubería de salida y situada de manera que
si se produce una descarga no haya riesgo alguno.
• La tubería de salida no debe transmitir ningún esfuerzo a la válvula cuando
haya descargas.
• La tubería de entrada a la válvula debe tener una pendiente positiva del
orden del 1% para que no se acumule condensado en la tubería.
• Las válvulas de seguridad no deben calorifugarse; si hay que tocarlas se
hará con los elementos de protección personal necesarios.
• La válvula de seguridad debe instalarse a 8 +10 veces el diámetro de la
tubería, aguas abajo de un punto singular (codo, reducción, etc.).
• Cada válvula de seguridad debe tener su propia tubería de descarga y sin
ninguna restricción.
• No se debe utilizar el mismo tubo de descarga para distintas válvulas de seguridad.
• El diámetro nominal de la tubería de salida debe ser igual o mayor que el
diámetro nominal de la brida de salida de la válvula, para mantener la
contrapresión menor del 10 % de la presión precinto (antes de tarado).
• La tubería de descarga debe ser del tamaño adecuado para no generar
pérdidas de carga excesivas, por lo que no será de menor tamaño que la de
entrada a la válvula de seguridad y su tamaño deberá tener dos veces el
asiento de la válvula de seguridad.
6.5. VÁLVULAS DE DESCARGA RÁPIDA
Son válvulas de maniobra o de apertura rápida, empleadas principalmente para efectuar
la purga de calderas de una forma completa. La Figura 6.7 muestra cómo es este
tipo de válvula.
La purga en el fondo de la caldera sirve para reducir las concentraciones de
sales y de sólidos no disueltos. En las tuberías de drenaje se instalará una válvula
de cierre. En cada tubería de purga intermitente o de extracción de lodos deberá
instalarse una válvula de interrupción, pudiendo instalar a continuación una válvula
de apertura rápida por palanca. La válvula de drenaje y las válvulas de purga
podrán sustituirse por una sola válvula mixta de cierre y descarga rápida. Todas
estas válvulas deberán tener un diáme tro nominal en mm (DN) comprendido entre
20 y 50 mm.
Accesorios y elementos adicionales para calderas
Válvula con accionamiento
manual
Válvula con accionamiento
automático
Figura 6.7. Válvula de descarga rápida.
6.6.VÁLVU LAS DE PU RG A CO NTIN UA
Cuando la purga de la caldera se hace de forma continua deben colocarse dos
válvulas, la primera de cierre y la segunda con indicador de apertura o de otro tipo
especial para su cometido. Los detalles de una válvula de purga continua se
muestran en la Figura 6.8.
Actuador
manual
spira¡s:af'CO
Actuador
electro- hidráulico
.
Actuador
--neumático
Indicador
Indicador
Estopada
115
manual práctico del operador de calderas industriales
A toma de muestras
A toma de muestras
Figura 6.8. Válvula de purga continua.
116
@
También es preciso eliminar las espumas en la zona de evaporación mediante
una purga de superficie, porque las burbujas ocluidas en el vapor dificultan la
transmisión de calor y además porque aumentan la posibilidad de arrastre de agua
al vapor.La concen tración salina máxima la marcan las normas UNE-EN 12953-10 y
UNE-EN 12952-12, para calderas pirotubulares y acuotubulares.
6.7. IN DICADO R ES DE NIVEL: G RIFOS Y CO LU M N A
Los tubos y accesorios para la conexión del indicador de nivel con la caldera serán
lo más cortos posibles y estarán dispuestos de tal forma que no quede entre la
caldera y el indicador cavidad alguna sin drenaje de agua. Además, dichos tubos y
accesorios no ten drán más salidas que las necesarias para los reguladores de
amortiguación, reguladores de agua de alimentación, manómetros de vapor, purgas y
otros equipos similares que no permitan el escape en cantidades significativas de
vapor y/o agua (Figura 6.9).
Sello
Nlvelagua
control modulante
Sello
Bola de seguridad
-Paro bomba o válvula abierta
-Marcha bomba o válvula abierta
-Primera alam,a de nivel bajo
-Segunda alarma de nlvel bajo
Bo1a de seguridad
Figu ra 6.9. Detalle y esquema de funcionamiento de un indicador de nivel.
Los indicadores de nivel llevarán tapones, a efectos de limpieza, y llaves o válvulas
de purga.
El nivel mínimo de agua en el interior de una caldera debe mantenerse por lo
menos 70 mm más alto que el punto más elevado de la superficie de calefacción.
En las calderas acuotubulares, la distancia se tomará en relación al borde superior
del tubo de bajada que esté situado en la parte más alta del calderín.
El nivel medio del agua estará situado, como mínimo, a 50 mm por encima del
nivel límite definido. Tanto el nivel mínimo como el nivel medio se marcarán de
modo bien visi ble sobre el indicador de nivel.
Accesorios y elementos adicionales para calderas
Las calderas de nivel de agua definido dispondrán de dos o más indicadores de
nivel de agua (excepto en las que se cumple P x V 10, que dispondrán de un solo
indicador), con la superficie frontal transparente y se montará de tal forma que la
parte visible más baja de la superficie frontal transparente quede 70 mm, como
mínimo, por encima del punto más alto de la superficie de calefacción.
Las calderas cuyo P x V 10 estarán provistas de dos indicadores de nivel, inde
pendientes entre sí, y las comunicaciones con el cuerpo de la caldera serán
también independientes entre sí.
Se admitirá una sola comunicación con la caldera para los dos indicadores de
nivel distintos cuando la sección de la conducción sea como mínimo 50 cm2 para el
líquido y 10 cm2 para el vapor.
Los conductos de unión de los indicadores de nivel con las cámaras que contienen
el líquido y el vapor serán, como mínimo, de 25 mm de diámetro interior; el radio
interior de las curvas será, al menos, igual a 1,5 el diámetro del tubo y no deberá
permitir la forma ción de sifones. Para conductos de unión rectos y de longitud
inferior a 30 cm el diámetro interior del conducto podrá ser de 20 mm.
Los indicadores de nivel deberán estar colocados en un sitio fácilmente visible
para el personal encargado del mantenimiento de la caldera. Cuando los indicadores de
nivel disten más de 8 m de la plataforma de conducción o del lugar donde
permanezca nor malmente el operador de la caldera, esta deberá ir dotada de dos
dispositivos indepen dientes que transmitan la posición del nivel de agua a un lugar
que no diste del operador más de 4 m.
En todas las calderas se utilizarán indicadores de nivel del tipo de caída
refractara y se montarán de forma tal que permita fácilmente su comprobación, limpieza
y sustitución. Todos los indicadores de nivel dispondrán de las correspondientes llaves
que permi
tan su incomunicación con la caldera y de un grifo de purga.
El control del nivel de agua en una caldera es básico para la seguridad de la
misma, ya que si por cualquier causa el nivel de agua en el interior de la misma
descendiese de forma que las superficies de calefacción quedasen descubiertas,
estas podrían in crementar la temperatura y alcanzar valores por encima de la de
diseño de la caldera, provocándose en este momento su deformación o eventual
rotura y los consiguientes daños a la caldera, o máquinas y personas que pudiesen
existir en la sala de calderas.
Es pues necesario disponer siempre de una buena visibilidad del nivel de agua
en la caldera, manteniendo los indicadores de nivel en perfecto estado de servicio.
6.8. CONTROLES DE NIVEL POR FLOTADOR Y POR ELECTRODOS
Cuando en una caldera se está generando vapor,su nivel tenderá a bajar y será
necesa rio sustituir el agua que se ha convertido en vapor por agua nueva, para lo
cual se precisa de una bomba, al estar la caldera a una presión superior a la
atmosférica, de la forma que se muestra en la Figura 6.10.
manual práctico del operador de calderas
industriales
11?
manual práctico del operador de calderas
industriales
Figura 6.10. Ejemplo de control de nivel de caldera mediante electrodos.
Normalmente se emplean bombas centrífugas multietapa accionadas por un motor
eléctrico. Aunque el operador podría controlar el nivel de la caldera manualmente,
en función de la lectura del nivel visual, con una válvula manual o poniendo en
marcha y parando la bomba, esta operación está automatizada.
Para detectar el nivel de una forma automática se puede utilizar alguno de los
si guientes métodos:
• Flotador: la señal de salida puede ser todo-nada (mediante un switch
magnético) o continua (mediante un cable inductivo acoplado eléctricamente a
un imán unido al flotador).
• Sensores por conductividad: montados verticalmente como los anteriores y
sin partes móviles. Miden si el sensor está inmerso en agua (está en un
medio con ductor) o no miden si está fuera del agua (está en un medio
aislante). Se montan en grupos de 2, 3 o 4 en un solo alojamiento.
• Sensores capacitivos: la diferencia con los anteriores es que dan una
señal continua que varía con el nivel. El principio de funcionamiento está
basado en el efecto capacitivo de una barra de metal aislado sumergida en
el agua. Puesto que la constante dieléctrica del agua es muy elevada
comparada con el aire o con el vapor, cuando el nivel del agua aumenta, la
capacitancia de la barra en relación con la masa aumenta. Este aumento es
el que se puede medir con un controlador electrónico.
118
@
• Células de presión diferencial: se instalan de tal manera que en un lado
de la célula haya siempre una columna de agua constante y en el otro lado otra
columna pero de altura variable con el nivel. Para medir la deformación de la
membrana y convertirla en una señal electrónica se utilizan métodos de
capacitancia variable, inductivos u otros. Se utilizan principalmente en
calderas de alta presión.
Una vez que se ha detectado el nivel, hay que decidir el método para regularlo:
Control todo-nada: el método de regulación más corriente es poner en marcha
la bomba de alimentación por nivel bajo y pararla al alcanzar el nivel alto. Con un
sensor de boya se instala un switch magnético con una banda muerta. Cuando es
un sensor de conductividad hay que instalar dos, uno para la puesta en marcha y
otro para la parada. Es un tipo de control muy usado para calderas hasta unos
8.000 kg/h de vapor,ya que es la opción más barata.
Sin embargo, no es lo más conveniente puesto que el caudal relativamente
impor tante de agua fría que llega, reduce la presión de la caldera obligando al
quemador a marchas oscilantes de potencia con oscilaciones de hasta el 40 %. Esto
provoca desgaste de los controles del quemador,ciclos de temperatura en la caldera,
muy probables dismi nuciones de eficiencia y una curva de prestaciones en diente
de sierra. Si las cargas son importantes aumenta la tendencia a provocar arrastres de
agua y oscilaciones importan tes de nivel que pueden llevar a la parada por
seguridad.
Control modulante: en este sistema la bomba está continuamente en marcha y
las demandas de vapor se compensan variando la apertura de una válvula de control
situada entre la bomba y la caldera. Si está bien ajustado, este control puede
proporcionar una marcha muy estable.
Deben usarse sensores de boya con señal continua, capacitivos o de presión
diferen cial. Hay que prever una recirculación de la bomba para evitar que se
caliente cuando la válvula de regulación está totalmente cerrada.
Cuando las calderas no tienen una supervisión constante (lo cual sucede en la
mayo ría de calderas industriales) hay que instalar alarmas de nivel bajo que paren
la caldera en caso de falta de agua. El nivel bajo puede ser debido a una falta de
agua en el tanque de alimentación, a un fallo de la bomba de alimentación,
aislamiento accidental de la línea de llegada de agua a la caldera o un fallo del
propio sistema de control de nivel. El efecto de un nivel bajo de agua es que los
tubos calientes no quedan cubiertos y refrige rados por el agua; la temperatura del
metal crece rápidamente con lo que se reduce su resistencia y pueden abrirse o
romperse.
En general, las diferentes regulaciones de seguridad relativas al nivel de
calderas imponen la medida de dos umbrales:
• El primer umbral para el quemador,permite que vuelva a ponerse en marcha
si se recupera el nivel.
• El segundo umbral también para el quemador pero este no puede ponerse
de nuevo en marcha hasta que manualmente se ha desenclavado la alarma.
manual práctico del operador de calderas
industriales
Normalmente, no se especifican niveles altos por razones de seguridad. En
gene ral, se instala esta alarma para parar la bomba de alimentación o impedir que
vuelva a arrancar o cerrar la válvula de alimentación. Este tipo de alarma resulta muy
conveniente cuando la caldera alimenta a una turbina de vapor,ya que si por un
nivel alto en la calde ra se produce un arrastre de agua al vapor y las gotas de
agua que llegan a la turbina, puede dañarla seriamente.
Hay dos sistemas para instalar los controles de nivel y las alarmas:
Cámaras externas: se requieren dos, una lleva el control de nivel continuo o
todo nada más el primer umbral de alarma de nivel bajo; la otra lleva la alarma de
nivel alto y el segundo umbral de alarma de nivel bajo. De este modo las dos
alarmas de nivel bajo son independientes.
Las cámaras externas pueden llevar válvulas secuenciales de purga y,opcionalmen
te, válvulas de aislamiento del lado vapor.
Las cámaras externas deben purgarse secuencialmente, dejando pasar vapor para
que las limpie, una vez al día, a la vez que se prueban los dos umbrales de alarma
de nivel bajo. Además, una vez a la semana hay que provocar los dos umbrales de
modo real para verificar la correspondencia entre cámara y caldera.
Tubos internos de protección: también se requieren dos con las mismas funciones
que con cámaras externas, pero en este caso no hace falta instalar válvulas de
aislamiento. Con ambos sistemas se exige la presencia del operador y el ensayo diario,
que puede resultar caro, por lo que se han desarrollado controles de alta integridad
(autoverifica bles). Estos controles nunca se instalan en cámaras externas, puesto
que también se requeriría el soplado diario por razones de limpieza, sino que se
hace con tubos internos de protección, que requiere que el test sea semanal y no
es necesaria la presencia conti nua de un operador sino que únicamente debe haber
alguien en la planta capaz de actuar
si se produce una alarma.
Siempre se instalan tres sondas de nivel de alta integridad. Una da un umbral
de nivel bajo, la otra da el segundo umbral de nivel bajo y la tercera es la que
regula (todo o nada o modulante) y da la alarma de nivel alto.
Disposiciones legales vigentes
Las calderas automáticas de vapor,de agua sobrecalentada y de agua caliente, con nivel
de agua definido, deberán estar provistas de dos dispositivos independientes que provo
quen el paro del sistema de aportación calorífica inmediatamente antes de que el
nivel de agua llegue al mínimo establecido. Uno de los dispositivos estará desfasado
con relación al otro, a fin de que el segundo actúe como seguridad del primero.
Cada uno de los dis positivos estará constituido por un emisor de señal accionado
por medio de un flotador, termostato de marcha en seco o electrodo y por un
mecanismo que, bajo este impulso, interrumpa la aportación calorífica. Estos
120
Accesorios y elementos adicionales para calderas
componentes del sistema de seguridad debe rán ser independientes y actuarán
además sobre una señal acústica.
121
Los dispositivos de seguridad indicados deberán ser independientes de todos los
que aseguren la conducción automática de la caldera, y su papel se reducirá a
interrumpir la aportación de calor y a advertir de la posición del nivel. No obstante,
las calderas que, para la detección de nivel, utilicen un flotador como primera
seguridad de falta de agua, podrán emplear dicho flotador para el mando automático
del sistema de alimentación de agua. La eficacia de estos dos sistemas de seguridad
se podrá verificar de una forma efectiva provocando su funcionamiento por una
bajada voluntaria del nivel de agua de la caldera hasta el límite inferior de cada
automatismo.
La colocación de estos automatismos seguirá alguno de los siguientes sistemas:
• Cámaras independientes para cada dispositivo, directamente unidas a la caldera
o conectadas a una cámara común intermedia.
• Cámara común, que aloje en su interior los dispositivos de control de nivel
para mando del sistema automático de alimentación de agua y primera
seguridad de falta de nivel, conectada a la caldera. La segunda seguridad estará
instalada inde pendientemente de esta cámara o conectada a la misma.
• Alojar los dos sistemas de seguridad en el interior de la caldera. En el caso
de flo tadores y electrodos se dispondrán los correspondientes rompeolas a
fin de evitar los movimientos del plano de agua en la zona del mecanismo
detector. La acción de estas seguridades deberá ser imperativa, de tal forma
que aunque retorne a su posición normal, la calefacción continuará
bloqueada y seguirá funcionando la alarma acústica, necesitándose una
acción manual del operador de la caldera para su nueva puesta en servicio,
tras constatar la causa de la anomalía.
• Cuando se utilicen electrodos de nivel como dispositivos de seguridad de
nivel mínimo, se dispondrán dos electrodos de tal forma que la corriente
eléctrica cie rre el circuito vía el segundo y no con la masa metálica de la
caldera, y la tensión máxima entre fases no excederá de 24 voltios. Para las
calderas inundadas se exi ge un control de nivel mínimo situado en el depósito
de expansión y con calderas de fluido térmico también se exigen !imitadores
de nivel.
Las dimensiones de la cámara para instalación de los automatismos, de las tuberías
de conexión, cableado eléctrico, etc.,pueden consultarse según el artículo 23 de la ITCAPL
6.9. LIMITADO R ES DE NIVEL TER M OSTÁTICOS
Estos elementos, llamados también nivostatos, se utilizan para parar la
combustión como segundo !imitador de nivel.
Su funcionamiento se basa en el cambio de temperatura que sufre un elemento
su mergido en el agua y calentado por una resistencia. Cuando desciende el nivel de
agua, el
!imitador queda descubierto y deja de refrigerarse aumentando su temperatura, que
es detectada por un termostato, que se encarga de abrir el circuito de mando del
quemador.
En su instalación debe preverse la correspondiente inercia de funcionamiento, por lo
que deberá montarse por encima del punto de nivel en que se quiere que actúe.
6.10. BO M BAS DE AG UA DE ALIM ENTACIÓ N
Las bombas son los elementos habituales de alimentación de agua a la caldera. El
siste ma de alimentación de agua a la caldera podrá ser por medio de moto-bomba
centrífuga o rotativa, inyector de vapor, caballete de vapor o turbina de vapor.
El grupo moto-bomba centrífuga utiliza energía eléctrica. La bomba dispone de
un impulsor o rodete con sus álabes que impulsa el agua al caudal y presión
requeridos. Dentro del modelo de bombas, estas pueden ser centrífugas y
centrífugas autoaspiran tes con un primer rodete autoaspirante.
En la Figura 6.11se muestra una bomba centrífuga y un detalle interno de la misma.
Figura 6.11. Bomba centrífuga multirrodete.
Todas las calderas deben tener un sistema de alimentación de agua y las que
utilicen combustibles sólidos no pulverizados dispondrán de dos sistemas
accionados por una fuente de energía diferente.
El sistema de alimentación de agua deberá poder inyectar una cantidad de
agua igual a 1,5 veces la máxima que pueda evaporar la caldera (o batería de
calderas) que alimenta, excepto en las calderas automáticas en las que la cantidad
de agua a inyectar
manual práctico del operador de calderas
industriales
deberá ser igual o mayor que 1,1veces la máxima que pueda evaporar la caldera,
más la pérdida de agua por purgas. El agua se deberá poder inyectar a una presión
superior en un 3 %, como mínimo, a la presión de precinto (antes de tarado) más
elevada de las válvulas de seguridad, incrementada en la pérdida de carga de la
tubería de alimentación y en la altura geométrica relativa.
El sistema de alimentación podrá ser de acción continua o discontinua. En el
caso de acción continua, la bomba de alimentación de agua estará continuamente en
servicio y el caudal introducido vendrá regulado por una válvula automatizada y
mandada por la acción del sistema controlador del nivel. En el caso de acción
discontinua, el sistema detector del nivel actuará sobre la bomba de alimentación,
parándola y/o poniéndola de nuevo en servicio, según las necesidades.
Para las calderas automatizadas con nivel de agua no definido, el sistema de
alimenta ción cubrirá la demanda de vapor de la instalación mediante bombas de tipo
volumétrico.
El agua de alimentación debe ser introducida en la caldera de tal manera que
no descargue directamente sobre superficies expuestas a gases a temperatura elevada
o a la radiación directa del fuego.
No se autorizarán las bombas alimentadoras accionadas a mano, sea cual sea
la categoría de la caldera.
En las calderas de agua sobrecalentada, la alimentación de agua se llevará siempre
al depósito de expansión y su caudal será siempre suficiente para la reposición de
agua necesaria.
6.11. INYECTO R ES DE AG UA
Son dispositivos de alimentación de agua en los que se utiliza la energía del propio
vapor de la caldera para alimentar el agua necesaria mediante efecto Venturi,
creado por una corriente de vapor a través de una tobera especial. Este sistema es
válido para caudales de agua relativamente pequeños y presiones de hasta 12
kg/cm2 además de estar limi tado a una temperatura con agua fría. Es un sistema
poco fiable y se ha venido utilizando como segundo sistema de alimentación cuando
así lo ha requerido la legislación.
6.12. CABALLETES Y TU R BIN AS PARA AG UA DE ALIM ENTACIÓ N
El caballete de vapor es una bomba de pistón de recorrido alternativo, accionado
por vapor.La turbina de vapor sustituye al motor eléctrico para accionar la bomba
centrífuga que alimenta de agua a la caldera.
El caballete de vapor y la turbina se utilizan para alimentar a las calderas
utilizando como fuente energética el vapor,solventando las limitaciones de los inyectores
de vapor. El caballete es más fiable que el inyector de vapor y no tiene las
limitaciones de caudal o presión, pero necesita agua fría o inferior a 100 ºC para
trabajar sin que haya
- cavitaciones.
11.
ID
e
o
Accesorios y elementos adicionales para calderas
"ü
@
123
manual práctico del operador de calderas
industriales
6.13. MANÓMETROS Y TERMÓMETROS
Los manómetros y los termómetros son los elementos encargados de medir la
presión y la temperatura, que son las dos variables más importantes en el proceso
de generación de vapor o agua caliente en la caldera e instalaciones
interconectadas con la misma.
6.13.1. Manómetros
Los manómetros son los elementos encargados de medir la presión relativa. Los
hay de muelle de tubo y de membrana.
En la Figura 6.12 se muestra un manómetro junto a un transmisor de presión.
Mien tras el primero da una lectura in situ, el segundo capta el valor de la presión y
lo envía a un pupitre o a una consola.
Figura 6.12. Manómetro y transmisor de presión.
Toda caldera deberá disponer de un manómetro indicador de la presión del
vapor, con un diámetro de esfera de 100 mm, unido directamente a la cámara de
vapor.
12'-I
Accesorios y elementos adicionales para calderas
El manómetro debe estar unido con un sifón u otro dispositivo similar de
capacidad suficiente para mantener el tubo del manómetro lleno de agua; será de
suficiente calibre y,a ser posible, dispondrá de un sistema de purga.
125
Las uniones del manómetro serán las adecuadas para la presión de servicio y
la temperatura del vapor, previstas en la caldera.
Los manómetros dispondrán de una escala graduada en las unidades apropiadas y
con un margen adicional no inferior al 50 % de la presión de servicio; aunque es
preferible que dicha escala sea válida para presiones de hasta dos veces la de servicio.
En la escala se verá claramente marcada la presión de servicio máxima admisible en la
instalación.
Los manómetros serán, como mínimo, de sensibilidad de clase 4. En la Tabla
6.1se muestra la clase (exactitud) y el error máximo permitido del intervalo de
medida de los manómetros.
Tabla 6.1. Clase y error máximo permitido del intervalo de medidas de los
manómetros (Orden ITC/3721/2006, de 22 de noviembre).
Clase (exactitud)
Error máximo pe1mitido del intervalo de medida
0,1
± 0,1 %
0,25
± 0,25 %
0,6
± 0,6 %
I
± I%
1,6
± 1,6 %
2,5
± 2,5 %
4
±4 %
Por el tipo de construcción de los manómetros, la presión real que indican
solamente es fiable en la zona central de su escala y no lo es ni al principio ni al
final de la escala.
Un manómetro de sensibilidad 4 es fiable en el rango de la escala del 25 al 75
%, por lo que la presión de servicio de la caldera debe estar en su zona central,
siendo deseable
entre el 60 al 65 % de su escala.
-T-
-----
Ejemplo 6.1.
11111
Se quiere medir correctamente la presión de una caldera que trabaja a 10 kg/cm•.
Para ello, se elige un manómetro de presión 16 kg/cm• con sensibilidad 4, que
según lo dicho, no es fiable entre O y 4 kg/cm• ni entre 12 y 16 kg/cm•, y como
10 kg/cm• es el 62,4 % de su escala, valor que está dentro del rango deseable del 60
al 65 %, podemos decir que el manómetro está bien seleccionado.
manual práctico del operador de calderas
industriales
Los manómetros estarán montados sobre un grifo de tres direcciones con una
placa brida de 40 mm de diámetro, donde poder sujetar un manómetro patrón para
realizar las pruebas de la caldera. En el caso de calderas cuya presión lo requiera,
en lugar de la placa-brida citada se dispondrá una conexión adecuada para la
instalación de dicho manómetro patrón.
En las calderas de agua caliente, el manómetro se reemplaza por un
hidrómetro o indicador de altura de nivel de agua graduado en metros, visible
desde el puesto de trabajo del operador de la caldera, para conocer en todo
instante la presión estática de la instalación.
6.13.2. Termómetros
Son los elementos encargados de medir la temperatura.
Las calderas, economizadores, precalentadores de agua, sobrecalentadores y reca
lentadores de vapor dispondrán de su correspondiente termómetro con una señal
bien visible en rojo, que indique la temperatura máxima de servicio, excepto en las
calderas automáticas de vapor saturado.
Las calderas dotadas de sobrecalentador y/o recalentador deberán incorporar
un termómetro indicador de la temperatura de vapor,con un diámetro de esfera de
100 mm como mínimo, unido directamente con la cámara de vapor por medio de
un bulbo de inmersión de acero inoxidable. El termómetro irá unido a la caldera
mediante rosca o bridas, adecuadas para las condiciones de presión y temperatura
previstas.
6.14. P RESOSTATOS Y TERMOSTATOS
Entre los dispositivos automáticos de seguridad exigidos por la legislación vigente
para las calderas figuran los presostatos (!imitadores o reguladores de presión) y
los termos tatos (!imitadores o reguladores de temperatura).
6.14.1. Presostatos
Los presostatos son los elementos encargados de limitar la presión (entregan una
señal apagado/encendido únicamente); no hay que confundirlos con los
transmisores de pre sión, cuya función es entregar una señal variable en base al
rango de presión, es decir, son meros medidores de la presión. Los presostatos se
utilizan para:
• Detectar una presión alta del fluido caloportante en calderas automáticas y
ma nuales de vapor y calderas de circulación forzada de fluido térmico, en
las que actúa mediante el bloqueo del sistema de aportación calorífica y
operación de la alarma acústica; así como en calderas de recuperación de
calor de los gases, en las que actúa (al detectar alta presión del fluido
126
Accesorios y elementos adicionales para calderas
caloportante) abriendo la válvula de bypass y disparando la alarma o señal
acústica.
• Detectar baja presión del combustible.
12?
• En calderas de circulación forzada de fluido térmico y agua sobrecalentada,
sobre calentadores y recalentadores, se suele utilizar un presostato diferencial
para de tectar cuándo el caudal del fluido caloportante está por debajo de su
nivel normal. Dicho presostato diferencial actúa bloqueando el sistema de
aportación calorífica.
• En calderas automáticas de gas se incorpora un presostato para detectar los
po sibles fallos del aire de combustión y, en caso de producirse estos,
bloquear el sistema de aportación calorífica y disparar la alarma acústica.
6.14.2. Termostatos
Los termostatos se utilizan para:
• Detectar la falta de agua en calderas de vapor,por el bajo nivel del agua de la
cal dera (en calderas de nivel definido), ya sea por la alta temperatura del
vapor (en calderas sin nivel definido). En ambos casos, los termostatos
actúan bloqueando el sistema de aportación calorífica y disparan una señal
acústica. Se dispondrán dos termostatos, tanto en las calderas de
funcionamiento manual como en las au tomáticas de vigilancia indirecta. En el
caso de calderas automáticas de vigilancia directa se admite un solo
termostato.
• Detectar una alta temperatura del fluido caloportante, en calderas
automáticas de agua caliente, de agua sobrecalentada y de fluido térmico,
así como en so brecalentadores y recalentadores. El termostato actúa
bloqueando el sistema de aportación calorífica y pone en marcha una señal
acústica.
• Detectar altas temperaturas del fluido caloportante en calderas automáticas
de recuperación de calor de gases, en las que opera abriendo
automáticamente la válvula de bypass.
• Detectar bajas temperaturas del combustible, en calderas automáticas de
com bustibles líquidos (pesados), actúan impidiendo su puesta en
funcionamiento cuando se requiere.
Cuando los sobrecalentadores y recalentadores de vapor dispongan de un sistema
de aportación de calor independiente del de la caldera, y sean exteriores a la
misma, deben llevar incorporados los correspondientes dispositivos de paro
(termostatos) y re gulación del sistema de aportación calorífica, en función de la
temperatura del vapor.
6.15. QUEMADORES
El quemador es el elemento donde tiene lugar el inicio de la combustión mediante
la in flamación del combustible y el mantenimiento de su llama. Dicha combustión va
muchas veces precedida de la preparación adecuada del combustible. La Figura 6.13
muestra un quemador de gas.
Figura 6.13. Quemador en fase de construcción.
Las partes principales de un quemador son:
a) Entrada de gas, donde se conecta la tubería de gas mediante la tuerca roscada.
b) Pulsador de válvula de seguridad, una vez encendida la llama piloto, se debe
man tener pulsado unos segundos y al soltarlo debe quedar encendida la
llama piloto.
c) Llave de corte de gas al quemador, una vez encendida la llama piloto, al
abrir esta llave encenderá el quemador (en la foto posición cerrada).
d) Conexión termopar-válvula de seguridad.
e) Entrada de aire primario, esta entrada se ajusta deslizando la chapa dorada
que está en el cuerpo del quemador.
f) Termopar de seguridad, debe recibir siempre la llama piloto.
g) Salida de la llama piloto.
h) Salida de la llama quemador,esta es la llama que entra en el hogar, su color
indica si está bien ajustada la entrada de aire.
i) Dispositivo de acople al suministro de gas, es de salida libre, en el mando
rojo se ajusta la cantidad de gas (caudal y no presión).
j) Válvula de ajuste de presión de gas por medio de membrana, además
indica la presión gracias al manómetro.
Tipos de quemadores
Los tipos de quemadores que hay en el mercado se clasifican por el tipo de
preparación del combustible y por el tipo de pulverización y, de acuerdo con esto,
los distintos tipos de quemadores son:
Quemadores rotativos: la pulverización necesaria del combustible para obtener una
mezcla íntima del mismo y el aire de combustión, se obtiene haciendo atravesar una
corriente de aire primario a través de una película muy fina de combustible, obtenida por
centrifugación del mismo por medio de una copa rotativa que normalmente gira entre
3.000 y 5.000 rpm.
Quemadores neumáticos: el aire de pulverización (en ciertos casos, vapor) se
in yecta al combustible antes de su llegada al hogar, siendo impulsada esta mezcla
a pre sión elevada a través de un agujero calibrado denominado tobera, chiclé o
pulverizador. Esta mezcla puede ser realizada en el propio quemador o antes del mismo
(premezcla).
Quemadores de presión, también denominados de pulverización mecánica: el
combustible se inyecta a elevada presión, en función de la viscosidad del mismo,
en un elemento calibrado, denominado chiclé o pulverizador,que por su diseño especial
logra la pulverización del combustible. Hay diversos tipos de quemadores de presión:
• De presión o pulverización
• De presión con retorno.
• De difusión con mezcla en tobera.
• Rotativo.
• Monobloque.
En cuanto a las boquillas de quemadores, la pulverización puede hacer con
vapor o por aire a media o alta presión.
La gran variedad de quemadores que hay en el mercado hace que también
puedan clasificarse de la forma siguiente:
• Por el tipo de combustible:
- Para combustibles gaseosos.
- Para combustibles líquidos.
- Para combustibles sólidos.
- Para combustibles mixtos: a su vez pueden ser de dos tipos, de
funcionamiento alternativo o convertible y de funcionamiento simultáneo.
• Por su forma constructiva:
- Compacto.
- No compacto.
• Por la forma de preparación del combustible:
- Para combustibles sólidos.
- Para combustibles gaseosos.
- Para combustibles líquidos:
o De gasificación.
o De pulverización:
.! Mecánica, que a su vez pueden ser: de Pulverización por salida del
com bustible a presión a través de un orificio calibrado o de
pulverización cen trífuga por medio de una copa rotativa.
.! Fluido auxiliar,que puede ser de emulsión o neumático.
130
• Por la forma de regulación:
- Automáticos.
- Semiautomáticos.
- Manuales.
Dentro de los automáticos y semiautomáticos, se distinguen los tipos siguientes:
- De regulación todo-nada.
- De regulación escalonada todo-poco-nada.
- De regulación progresiva por escalones.
- De regulación modulante (progresiva continua).
• Por el tipo de encendido:
- Manual
- Automático:
o Eléctrico.
0 Gas.
o Líquido.
• Por la aportación de aire al combustible:
- Aporte por tiro natural.
- Aporte artificial por dispositivos mecánicos.
- Aporte artificial por dispositivos dinámicos:
o Aspiración.
oImpulsión.
o Mixtos.
6.16. ELEMENTOS DEL EQUIPO DE COMBUSTIÓN
El equipo de combustión está formado por el ventilador que suministra el aire de la
com bustión, el sistema de encendido, el programador, las válvulas magnéticas,
neumáticas y electroneumáticas, y la sonda de control de llama; todos estos
elementos se detallan a continuación:
6.16.1. Ventilador de aire primario y secundario
Los ventiladores son dispositivos mecánicos aspirantes o impelentes que aseguran
la alimentación del aire comburente de la cámara de combustión. Deben cumplir
las si guientes propiedades:
• Resistir la erosión del aire y del polvo que este pueda contener.
• Resistir sin deformación las temperaturas a las cuales pueda estar sometido.
• Estar equilibrado estáticamente y dinámicamente
• Poseer un dispositivo de engrase práctico y eficaz, procurando que sea seguro.
Para mantener el proceso de la combustión es necesario el suministro continuo
de aire, así como la evacuación continua de los gases de combustión. Esto se consigue
con el tiro que provocan los gases de la combustión por el efecto de la succión de
la chime-
Accesorios y elementos adicionales para calderas
nea; pero el sistema más habitual es la instalación de ventiladores para
proporcionar un tiro forzado, complementando cualquier clase de tiro natural
disponible. Una caldera puede estar equipada con un ventilador de tiro forzado,
uno de tiro inducido o con los dos simultáneamente para proporcionar una circulación
controlable del aire para la com bustión y de los gases producidos por esta. Los
ventiladores pueden ser axiales (tipo propela) o centrífugos, tal y como se puede
observar en la Figura 6.14.
Ventilador axial
Ventilador centrifugo
Figura 6.14. Tipos de ventiladores.
En las calderas de tiro forzado puede haber uno o dos ventiladores según sea
el diseño de la caldera o el tipo de combustión, mientras que en las calderas con
hogar en sobrepresión puede eliminarse el ventilador de tiro inducido.
Ventilador de aire primario: aporta el aire necesario para la formación de la
llama que normalmente se introduce junto al combustible (caso de quemadores para
combus tibles líquidos de copa rotativa o de pulverización neumática), por debajo
del lecho del combustible (caso de quemadores tipo parrilla para combustibles
sólidos) o por encima del lecho del combustible en ciertos sistemas de combustión
para combustibles sólidos con un alto grado de volátiles.
Ventilador de aire secundario: aporta el aire necesario para el mantenimiento
de la combustión (caso de hogares en sobrepresión) o para la extracción de los
gases de la combustión (caso de hogares en depresión). La entrada de aire en el hogar
es por debajo del lecho de combustible o por encima del mismo en función del tipo de
combustión elegido.
42
§
de
ro
6.16.2. Sonda de control de llama
Es un dispositivo que detecta la presencia o ausencia de la llama. En general, consta
131
manual práctico del operador de calderas
un detector (con o sin amplificador) y la conexión al programador.
industriales
(1)
e
o
. ü
ii
132
6.16.3. Programador
Es un elemento que organiza las secuencias del funcionamiento del quemador y su
equi po según un orden preestablecido. Puede incorporar ciertos componentes del
control de llama (amplificador con relé).
6.16.4.
Válvulas magnéticas, neumáticas y electroneumáticas
Son dispositivos que desconectan el quemador, mediante el paro del sistema de
apor tación calorífica, cuando el parámetro que las controla alcanza valores
distintos a los previamente establecidos para un funcionamiento correcto del equipo de
combustión. Su denominación está en función del tipo de válvula empleada: eléctrico,
magnético, neumá tico, electroneumático o electrohidráulico. Operan en caso de
falta de energía eléctrica, de falta de presión de aire comprimido, de defecto de
aceite o de agua, de combustible húmedo, y de cualquier otra condición anómala,
haciendo que la aportación calorífica retorne a la posición de cierre.
6.16.5.
Sistema de encendido
El sistema de encendido es el mecanismo encargado de provocar la inflamación del
com bustible. Este mecanismo puede ser operado automáticamente por medio de una
señal recibida por algún órgano de regulación de la caldera o por medio de la
acción manual del operario conductor de la caldera. En el primer caso se denomina
sistema de encendido automático y en el segundo sistema de encendido manual.
No se considera como sistema de encendido el hecho de encender el combustible
por un sistema manual como puede ser la introducción en el hogar de una llama
exterior al propio sistema de combustión.
El sistema de encendido dispondrá de un medio para provocar el inicio de la
combus tión. Suele ser con electrodos conectados a una fuente eléctrica de alta
tensión, sobre el propio combustible a quemar o sobre un combustible auxiliar,cuya
llama provocará el encendido del combustible principal. Esta llama auxiliar se
denomina llama piloto y puede apagarse o no según sea el combustible principal a
quemar o el tipo de combustión em pleado, es decir,la llama piloto será intermitente
o permanente.
Se denomina tiempo de encendido al intervalo de tiempo durante el que está
en funcionamiento el mecanismo de encendido. Consta de las siguientes etapas o
tiempos parciales:
l. Pre-encendido, es el tiempo transcurrido entre el momento de puesta en mar
cha del mecanismo de encendido y el momento de liberación del combustible del
quemador o de apertura del paso de dicho combustible.
2. Encendido propiamente dicho, es el intervalo de tiempo comprendido entre
la li beración del combustible del quemador y la aparición de una señal de llama
dada por el dispositivo de detección de la llama.
3. Post-encendido, es el intervalo de tiempo comprendido entre la primera detec ción
de la llama y la desconexión del mecanismo de encendido.
Cuando se trata de un encendido automático permanente, el tiempo de
encendi do corresponde al tiempo de funcionamiento del quemador. La secuencia
de puesta en marcha en este caso se inicia al recibir el programador la orden de
arranque desde un órgano de regulación (presión o temperatura), este inicia su
programa para iniciar la combustión de acuerdo con las siguientes secuencias:
l. Arranque del ventilador para realizar un barrido de los circuitos de gases
de la combustión, con el fin de evacuar cualquier clase de inquemados que
pudieran existir en los mismos, provenientes de la anterior combustión.
2. Formación de la chispa que debe iniciar la llama piloto o llama principal según
sea el caso.
3. Apertura de la válvula magnética del circuito de combustible auxiliar (llama
pilo to) o del combustible principal si no existe llama piloto.
4. Formación de la llama piloto y control de la misma por medio de la sonda de
con trol de llama o formación de la llama principal si no existe llama piloto.
5. En el caso de que exista llama piloto y esta no se forme dentro de un
tiempo programado, cierre de la válvula magnética de la línea de
combustible auxiliar,el paso de la chispa y postbarrido del ventilador.
6. Si no existe llama piloto, la misma secuencia para el circuito de combustible
principal.
7. Si se ha formado la llama piloto, orden de que se abra la válvula magnética
del circuito de combustible principal, formación de la llama principal y
detección por la sonda de llama correspondiente.
8. Si no se forma la llama principal dentro de un tiempo determinado, paro de
la llama piloto y su chispa, cierre de la válvula magnética principal y
postbarrido del ventilador.
9. Si se forma la llama principal, cierre de la válvula magnética del circuito del
com bustible auxiliar (llama piloto) y paro de la chispa.
10.
Si el proceso ha finalizado sin anomalías, el quemador queda encendido,
con su llama formada y controlada en continuo por la sonda de llama, si por
cualquier caso esta desapareciese, la sonda actuará sobre el programador,
que dará la orden de cerrar la válvula magnética del circuito de combustible
principal y el ventilador realizará el postbarrido del circuito de gases de la
combustión.
6.16.6.
Disposiciones legales en relación con los elementos
del equipo de combustión
En este apartado se muestra la legislación de los elementos de combustión en las
calde ras automáticas de vigilancia indirecta, las de vigilancia directa y de los
dispositivos de seguridad de las calderas automáticas.
133
Calderas automáticas bajo vigilancia indirecta
Para asegurar, a intervalos regulares, la buena marcha de la caldera, se montará
en el circuito eléctrico de la misma un dispositivo de paro automático que actúe
sobre el sistema de calefacción si, tras un funcionamiento de dos horas, no se ha
maniobrado el conmutador colocado en la sala de calderas. Se exceptúan de este
requisito las calderas de vaporización instantánea.
La señal acústica, accionada por los dispositivos de seguridad que indican una
des aparición de la llama, falta de aire de combustión en las calderas que utilicen
combus tibles gaseosos, falta de nivel, una sobrepresión o temperatura superior a
la máxima de servicio, deberá repetirse en el lugar en que el conductor de la
caldera se encuentre habitualmente y desde dicho lugar deberá poderse bloquear el
sistema de calefacción de la caldera y no podrá volver a ponerse en servicio sin que
previamente medie una acción manual dentro de la sala de calderas y hasta no
haber comprobado la desaparición de la causa que ha perturbado su normal
funcionamiento.
Calderas bajo vigilancia directa
El operador de cada turno vigilará el funcionamiento de la caldera en la sala de
calderas o en la sala de control.
Las calderas automáticas dispondrán del correspondiente dispositivo de paro
del sistema de aportación calorífica (generalmente válvulas), que interrumpirá dicha
aporta ción (llegada del combustible) en el momento de recibir la señal de cierre.
Los sistemas de mando automático serán del tipo eléctrico, electroneumático o
electrohidráulico. Su número, tipo y disposición dependerán de la potencia térmica
del quemador, del tipo de este y del tipo de combustible empleado.
El encendido de cada quemador deberá efectuarse a su caudal mínimo. El
reglaje de los quemadores estará en función de la potencia de los mismos, para
potencias de hasta 860.000 kcal/h por quemador se podrán utilizar quemadores de
reglaje todo-nada, Desde 860.000 kcal/h hasta 3.000.000 kcal/h podrán emplearse
quemadores de regla je todo-poco-nada (dos marchas) o progresivos (modulante,
deslizante o por escalas) y para potencias superiores a 3 x 106 kcal/h deberán
utilizarse quemadores con regula ción progresiva modulante.
Las calderas automáticas deberán disponer de sus respectivos dispositivos
de seguridad:
• De presión máxima del vapor o de temperatura máxima del líquido.
• De seguridad concerniente a la evacuación de humos.
• De seguridad de llama.
• De seguridad ante la falta de nivel de líquido.
• De seguridad de aire de combustión para combustibles gaseosos.
• De seguridad de encendido para quemadores con encendido automático.
manual práctico del operador de calderas
industriales
• De seguridad relativa al tipo de combustible empleado.
• De los requisitos comunes de seguridad (conexión a masa, etc.).
En el caso de aportación calorífica por medio de combustibles líquidos y gaseosos,
o sólidos pulverizados, cada quemador estará provisto de un dispositivo de detección de
llama (sonda de control de llama). El tiempo de respuesta entre el momento en que la
llama des aparece y el momento en que la alimentación de combustible es interrumpida
será función de la potencia del quemador y del combustible empleado, variando entre
1segundo (para combustibles gaseosos y quemadores de potencias superiores a
300.000 kcal/h) hasta 10 segundos, como máximo, en el caso de combustibles líquidos
y sólidos pulverizados quema dos con quemadores de potencia igual o inferior a 80.000
kcal/h. Por otra parte, el ventilador del quemador solo asegurará el postbarrido para
potencias superiores a 3 x 106 kcal/h.
Cuando utilizando combustibles gaseosos, la alimentación de aire en los
quemadores se efectúa mediante ventiladores, existirá un dispositivo de seguridad
sobre cada ven tilador para impedir la combustión en ausencia de caudal de aire,
bloqueando la llegada de combustible gaseoso.
En calderas que utilicen quemadores automáticos, el encendido comprenderá
las siguientes operaciones:
• Barrido: consiste en evacuar la totalidad de los gases que hayan podido
quedar en el circuito de humos y se iniciará coincidiendo con la señal de
puesta en mar cha. El tiempo de barrido vendrá dado por el fabricante, y se
producirá con el dispositivo de reglaje de aire abierto en la posición de
caudal suficiente.
• Sistema de encendido: una fuente de calor de pequeña potencia calorífica
pro vocará el encendido del combustible principal.
• Apertura de las válvulas automáticas del combustible principal: una vez
que el sistema de encendido produzca su fuente de calor,en la operación de
encendido de cada quemador,el dispositivo de seguridad de la llama
interrumpirá la alimen tación del combustible cuando la llama principal no se
establezca en los tiempos máximos previstos para cada tipo de combustible y
en función de que el quemador incorpore o no ventilador.
• Tentativa automática de reencendido: no se permitirá ninguna tentativa
auto mática de reencendido después de un fallo de encendido; para poder
realizar un reencendido se procederá a subsanar la causa de la anomalía y
se empezará de nuevo un ciclo de encendido, comenzando con el prebarrido.
• Sistema de encendido con una llama auxiliar: cuando el sistema de
encendido utilice una fuente de calor mediante una llama auxiliar (llama
piloto), el dispositivo de seguridad de la llama deberá cortar también la
alimentación de combustible a esta llama auxiliar si su desaparición anormal
se prolonga más de 10 segundos como mínimo.
142
Accesorios y elementos adicionales para calderas
• Después del encendido del quemador principal: el sistema de encendido
po drá quedar fuera de servicio.
135
• Caso de haber varios quemadores de encendido no simultáneo: cuando
haya varios quemadores de encendido no simultáneo montados en una misma
cámara de combustión, las condiciones indicadas se refieren al que está
programado para que encienda en primer lugar, pero los restantes
quemadores cumplirán igual mente todas las condiciones con excepción de la
de barrido.
• Conexiones a masa: con el fin de evitar tensiones eléctricas parásitas,
trastor nos por retornos eléctricos, electricidad estática y otros fenómenos
análogos, tanto la caldera como su equipo de combustión y el cuadro de
maniobra deberán disponer de conexiones a masa para reducir su potencial
a cero.
• Uso de combustible líquido o gaseoso: las calderas y recalentadores que
uti licen combustible líquido o gaseoso como elemento de aportación
calorífica dis pondrán de las correspondientes mirillas de materiales y colores
adecuados a las condiciones de trabajo para permitir una buena visión de la
llama.
• Todas las calderas automáticas y recalentadores: dispondrán de un dispo
sitivo adecuado para evitar que su sistema de aportación calorífica se ponga
de nuevo en servicio tras cesar el fallo de corriente eléctrica que
interrumpiera, en su caso, dicho servicio. En estos casos, será necesaria una
acción manual.
• Sistema de relojería: en ningún caso se adoptará la puesta en servicio
de la caldera o el recalentador mediante un sistema de relojería.
• Aporte calorífico máximo: en ningún caso se superará el aporte calorífico
máxi mo indicado por el fabricante de la caldera o equipo a presión de que
se trate.
6.17. ESTACIÓN DE REGULACIÓN Y MEDIDA PARA GAS
El elemento de la instalación que sirve de puente entre la red general de suministro
de gas y la caldera se denomina estación de regulación y medida.
6.17.1. Generalidades
La estación de regulación y medida (ERM) tiene la función de regular la presión del
su ministro de gas al quemador y medir la cantidad de gas suministrada a la
instalación.
El gas natural suministrado al quemador de una caldera o de una turbina de gas
debe tener unas condiciones de presión y temperatura dentro de un rango
especificado y con el grado de limpieza adecuado.
A efectos de facturación del combustible consumido, el caudal de gas, el poder
calo rífico y la composición química del mismo deben ser medidos igualmente.
Las principales funciones de la estación de gas son:
• Que el gas que reciba el quemador tenga una presión constante y dentro de
unos rangos muy concretos ya que la presión del gas suministrado a la ERM
puede variar dependiendo del gaseoducto que alimenta. Si la alimentación
es a través de depósitos propios la regulación es más fácil, al no haber otro
consumidor que pueda alterar la presión de dicho gaseoducto si variara
bruscamente el consumo.
manual práctico del operador de calderas
industriales
• Que la temperatura sea la adecuada, para evitar la formación de hielo si se
con densa el vapor de agua.
• Que el gas se reciba limpio, sin partículas que puedan obturar el quemador.
• Que el caudal y la composición puedan medirse.
6.17.2. Elementos constitutivos de una estación de regulación y medida
En la Figura 6.15 se muestra el diagrama de bloques del proceso que tiene lugar en
una estación de regulación y medida (ERM).
1- Acometida interior
2- Red de distribución interior
F-
G)
@
G-
Filtro para el gas natural RM.
Regulador monitor
RP. Regulador principal
VIS - Válvula
interruptora
de seguridad
VES -Válvula de escape
y seguridad
Contador
CCorrector
Figura 6.15. Esquema de una
ERM.
Los elementos de una estación de regulación y medida típica están definidos
en la norma UNE 60620-2005, siendo los más significativos los siguientes:
• Filtros: para limpiar el gas de las posibles impurezas sólidas que pueda
contener. Los hay de varios tipos (de cartucho, ciclónicos, etc.) y se colocan
en la ERM y a la entrada de los quemadores de caldera y turbina de gas.
• Válvulas reductoras de presión: para evitar que la presión del gas sea
mayor que la que se necesita en el quemador se colocan unas válvulas
reductoras de presión hasta ajustarse a la necesaria.
• Compresor: si el gas de la línea de suministro tiene una presión inferior a
la ne cesaria, será necesario instalar un compresor para alcanzar la presión
requerida. Es posible que subsistan los dos sistemas (compresión y
expansión) en la misma ERM, ya que la presión del gas de entrada a la ERM
puede fluctuar.
• Sistema de precalentamiento: para elevar el punto de rocío, debe disponer
se de un sistema de calefacción para evitar congelaciones del agua que
pudiera contener el gas. Hay que tener en cuenta que ante una expansión, el
gas pierde temperatura. Si como efecto de una expansión la temperatura
146
Accesorios y elementos adicionales para calderas
bajara por debajo del punto de rocío, el agua contenida podría congelarse,
provocando la formación de partículas de hielo, que se comportarían como
proyectiles en la turbina de gas. El gas se calienta ligeramente, hasta
alcanzar los 15 o 20 ºC.
13i'
• Sistema de calentamiento: para la inyección del gas al quemador antes de
en trar en la caldera o en la turbina, y para una correcta combustión, el gas
vuelve a calentarse hasta alcanzar temperaturas entre 25 y 140 ºC. Para este
calentamien to suele emplearse vapor del ciclo, utilizando intercambiadores, o
bien calentado res eléctricos.
• Caudalímetro y cromatógrafo: los caudalímetros miden el caudal de gas consu
mido. Pero el gas no se factura por volumen o peso, sino por energía
(actualmente se factura por kW x h), por tanto, es necesario saber cuál es el
poder calorífico del gas, por ello se emplean los cromatógrafos, que facilitan la
composición del gas.
En la Figura 6.16 se muestran algunos de estos elementos.
By-Pass
Corrector
Reductora
de presión
\
\\\/ f\·,
Torna de tierra
Contador
'' '
l.inea p rincipal
Figura 6.16. nstalación tipo de una ERM.
••
La calidad del agua que alimenta a la caldera está directamente relacionada con su
conservación y con la eficiencia de la operación de la misma, por esta razón, en la presente
unidad se muestran los parámetros que hay que conocer y controlar,así como las tablas de las
normas UNE que fijan los valores a considerar.
También se describen los elementos e instalaciones que permiten alcanzar los valores de las
con centraciones de iones recomendados, así como los problemas provocados por un mal
tratamiento del agua de alimentación.
Contenidos
7.1.
Características del agua para calderas: dureza, pH, oxígeno, aceite, salinidad
7.2.Descalcificadores y desmineralizadores
7.3.Desgasificación térmica y por aditivos
7.4.Regulación del pH
7.5.Recuperación de condensados. Purgadores
7.6.Régimen de purgas a realizar
7.7.Problemas provocados por un mal tratamiento del agua de caldera
manual práctico del operador de calderas
industriales
7.1. CARACTERÍSTICAS DEL AG UA PARA CALDERAS:
DU R EZA, PH, OXÍG EN O, ACEITE, SALINIDAD
El agua de alimentación a la caldera es la que se introduce con el fin de convertirla
en va por.Es la suma del agua de nueva aportación y de los condesados, cuando se
recuperan. Tanto el agua de nueva aportación como los condesados tienen una serie de
impure
zas que hay que eliminar o controlar dentro de ciertos límites.
La Tabla 7.1muestra las impurezas y sus efectos sobre la caldera.
Tabla 7.1. mpurezas del agua de nueva aportación y sus efectos.
Impureza
Fórmula
Estado
Efectos
Dióxido de carbono
co,
Gas
Corrosión
Oxígeno
o,
Gas
Corrosión
Sólidos en suspensión
MES
Sólidos no disueltos
(turbidez)
Depósitos, espumas y arrastres en el vapor
Materia orgánica
MO
Sales disueltas y sólidos no disueltos
Depósitos, espumas y arrastres en el vapor
Coloidal
Depósitos, espumas y arrastres en el vapor
Aceite
Acidez
H+
Dureza
Ca++, Mg++
Sales disueltas
Incrustaciones
Alcalinidad
co,2-, co2, H+, oH-
Sales disueltas
Espumas, arrastres en el vapor, desprendimiento de C02
, fragilidad cáustica
Sales disueltas
Depósitos, espumas y arrastres en el vapor
Salinidad (TSD)
Corrosión
Sulfatos
so.z-
Sales disueltas
Aumento salinid ad con Ca+
+ forma incrustaciones muy
duras
Cloruros
c1-
Sales disueltas
Aumento salinidad y corrosividad
Sílice
Si02
Sales disueltas o
coloidal
Incrustaciones y depósitos
sobre turbinas u otros elementas de la instalación
Hierro, Manganeso
Fe, Mn
Sales disueltas o
insolubles
Depósitos
Cobre
Cu
Sales disueltas o
insolubles
Depósitos y corrosión
l '10
Los parámetros a controlar en el agua para la caldera son los siguientes:
• Dureza (TH)
Es la concentración de sales cálcicas y magnésicas del agua. Se expresa en
mili gramos por litro del contenido de sales de calcio y magnesio expresados como
C03Ca (1mg/1 o 0,1ºHF -grados franceses-).
Dureza (mg/1 de CaCO) = 2,50 [Ca++] + 4,16 [Mg++ J
Donde:
[ca++]: concentración de ion ca++ expresado en mg/1
[Mg++J: concentración de ion Mg++ expresado en
mg/1.
Los coeficientes se obtienen de las proporciones entre la masa molecular del CaC03
y las masas atómicas respectivas son 100/40 para el ca++ y 100/24 para el Mg++.
Se determina en laboratorio por el "método del jabón" o por "valoración colorimétrica".
• Alcalinidad total (m) (TAC)
La alcalinidad m es la concentración de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos
disuel tos en el agua, expresada en miliequivalentes por litro, meq/1 (1TAC = 5
m).También se llama "alcalinidad a la helientina" o "alcalinidad al metil orange".
• Alcalinidad parcial (p) (TA)
La alcalinidad p es la concentración de hidróxidos y la mitad del contenido de
carbo natos disueltos en el agua, expresada en miliequivalentes por litro, meq/1 (1TA = 5
p). También se llama "alcalinidad a la fenolftaleína".
El valor de la alcalinidad total en el agua de la caldera es la concentración de
carbo natos, bicarbonatos, hidróxidos, silicatos y fosfatos, expresada en miligramos por
litro de C03Ca (1meq/1 = 50 ppm C03Ca = 50 mg/1 C03Ca).
• Sales de ácidos fuertes (SAF)
El SAF es la concentración de cloruros y sulfatos en el agua, que son sales
normal mente existentes. Los cloruros pueden determinarse por valoración y los
sulfatos por diferencia al SAF.
• Total de ácidos fuertes (TAF)
El TAF es el total de ácidos fuertes, HCI (ácido clorhídrico) y H2S04 (ácido
sulfúrico), que se encuentran en el agua a pH inferior a 4,3.
• Contenido de C02 (dióxido de carbono)
Expresa la cantidad de dióxido carbónico (C02) disuelto en el agua, expresado
en mg/1 (ppm).
• Contenido de Si02 (dióxido de silicio)
Expresa la cantidad de dióxido de silicio (Si0 2) disuelto en el agua, expresado en
mg/1 (ppm). La mayoría de las aguas naturales contienen sílice en concentraciones
de 1a 100 ppm formando incrustaciones muy duras en calderas de alta presión y
cuando es arrastrada en parte con el vapor, se deposita en los álabes de las
turbinas de vapor, produciendo desequilibrios en el rotor.
Tratamiento de agua de calderas
• Contenido de oxígeno
Expresa la cantidad de oxígeno (02) disuelto en el agua, expresado en mg/1 (ppm).
Se encuentra preferentemente en aguas superficiales y apenas aparece en aguas de
pozo. El oxígeno es corrosivo, sobre todo en valores bajos de pH. La determinación del
oxígeno disuelto debe realizarse con mucha precaución a la hora de tomar muestras. El
contenido máximo de 02 disuelto en agua a 20 ºC y a presión atmosférica es de 9,2
mg/1.
• Contenido de sodio
Las sales de sodio son muy solubles en agua y solamente precipitan a muy
elevadas concentraciones. La determinación del sodio no se suele realizar como
elemento separado.
• Contenido de hierro
Las aguas de pozo suelen contener hierro en forma de bicarbonato ferroso. El
agua de pozo es clara y sin color,pero al mínimo contacto con el oxígeno de la
atmósfera toma un color amarillento o rojizo porque el hierro se oxida a óxido
férrico, que es insoluble en agua. El contenido de hierro (fe3+) rara vez es superior
a 5 ppm, pero a partir de 0,3 ppm comienza a originar problemas.
• Contenido de manganeso
Suele presentarse en agua de pozo con menos frecuencia que el hierro, pero da
lugar a precipitados con la formación consiguiente de depósitos a partir de 0,2 ppm.
• Materia orgánica
Es una mezcla compleja de sustancias que no puede determinarse por análisis
quími cos y cuya medida se efectúa mediante índices, siendo los más utilizados:
- Índice de permanganato (MO, materia orgánica): indica el consumo de
perman ganato potásico, expresado en mg/1 de Or
- Índice de dicromato (DQO, demanda química de oxígeno): indica el consumo
de dicromato potásico exprexado en mg/1 de Or
• Salinidad (TSD)
El TSD es la concentración del total de sólidos disueltos en el agua, expresada
en miligramos por litro.
• Turbidez
Turbidez es la concentración de materias en suspensión (coloidal o no) en
agua. La opacidad del agua es una comparación con un patrón; es un índice de la
cantidad de luz que pasa a través de una muestra. Habitualmente se mide en:
- mg/1 de Si02 comparado con soluciones estándar de Si0 2 •
- JTU o UJT (unidades Jackson de turbidez).
Numéricamente las dos expresiones pueden considerarse iguales.
• Conductividad eléctrica
Conductividad eléctrica es la propiedad del agua de conducir la corriente
eléctrica entre dos electrodos sumergidos, expresada como la concentración en
gases y sales ionizables; se mide en microohmios por centímetro (µmho/cm =
1'153
manual práctico del operador de calderas
industriales
µS/cm), que es la in versa de la resistencia en megaohmios medida entre caras de
1cm2 de sección, opuestas
1'-12
y distantes 1cm entre sí, en una disolución de cloruro sódico de 0,4 mg/1 a 25
ºC de temperatura, exenta de C02 o NHr
La conductividad eléctrica del agua de la caldera se determina neutralizando previa
mente la muestra a pH = 7 con ácido gálico. El valor obtenido es orientativo acerca
del contenido total de sales disueltas pero resulta muy útil para el control de
cambio auto mático en las cadenas de desmineralización.
• pH
Es la inversa del logaritmo de la concentración de iones hidrógeno, W.
pH = -log [W]
Es un número adimensional que varía entre O y 14, que expresa el grado de
acidez o de alcalinidad del agua.
Una disolución acuosa a una temperatura de 25 ºC presenta los siguientes
valores:
pH < 7 el medio es
ácido pH = 7 el medio
es neutro pH > 7 el
medio es alcalino
Se mide con un pHmetro y eventualmente con el papel de tornasol.
• Total de sales disueltas en el vapor
Las sales que se incorporan al vapor en los arrastres pueden provenir de:
a) Arrastres durante la vaporización:
• Sílice en el vapor: esta sílice aparece principalmente por la vaporización
de la sílice disuelta en el agua de la caldera. Este tipo de arrastre
depende de la presión de servicio y del pH del agua de caldera.
• Arrastre en el vapor: es la suma de los compuestos de sodio contenidos
en el vapor saturado.
b) Arrastre mecánico:
Es la cantidad de materia, disuelta o no, incorporada en las gotas de agua
que arrastra el vapor saturado.
Para calcular el total de las sales disueltas en el vapor saturado (TSD), excluido
el Si02, se parte de una muestra de agua de caldera y una muestra del vapor, se mide
el TSD de la muestra de agua y las cantidades de sodio existentes en la muestra
de agua y en la muestra de vapor y con estos tres valores se aplica la ecuación
siguiente:
Na
Donde:
TSD
= ------ X
e
n
en e1 vapor
Na caldera en el agua de caldera
en e1 agua de
e
l
v
a
p
o
r
TSD en el :
Na vapor en el :
vapor
total de sólidos disueltos en el vapor
cantidad de sodio en el vapor
Tratamiento de agua de calderas
Na en el agua de
: cantidad de sodio en el agua de caldera
TSDen ei agua de caldera: total de sólidos disueltos en el agua de caldera
• Aceites y grasas
La presencia de aceite y grasas en calderas, aún en pequeñas cantidades, provoca
for mación de espumas, que a su vez originan arrastres, disminución de la transmisión
calorífica y aglomeración de sedimentos e incrustaciones, que son la causa de pérdidas
de rendimien to, recalentamientos y deformaciones del material de la caldera con
graves consecuencias económicas y de seguridad.
Los tratamientos internos para combatir la acción del aceite que ya ha penetrado en
caldera son poco efectivos, por lo que hay que evitar la contaminación del agua de
entrada (lubricantes, fuel, condensados, etc.), si se ha producido este problema debe
recurrirse a su "hervido", de igual forma como se hace con las calderas nuevas.
• Gases disueltos
Los gases de mayor repercusión en el proceso de vaporización son el oxígeno
disuel to en agua y el dióxido de carbono procedente de la descomposición de los
bicarbonatos que por efectos del calor acaban con la presencia de ácido carbónico en
los condensados y el amoníaco. En la Tabla 7.2 se muestran los diferentes
contaminantes, los problemas que ocasionan y los medios de tratamiento para
evitarlos.
Tabla 7.2. Problemática del tratamiento del agua.
Constituyentes
l. Acidez
mineral libre
Fórmula química
SO4H 2, CIH, etc.
expresados como
C03Ca (disueltos)
Problemas que causan
(efectos)
Corrosión.
Medio de tratamiento
Neutralización por álcalis.
2. Ácido sulfhídrico H2 S (gas disuelto)
Olor a huevos podridos, Aireación. Cloración. Intercambio aniónico básico.
corrosión.
Coagulación con sales de
hierro.
3. Alcalinidad
Bicarbonatos (HCO3-}
Carbonatos (CO/-)
Hidróxidos (OH-)
Espuma y arrastres de
sólidos con el vapor.
Fragilidad cáustica. Los
bicarbonatos y carbonatos producen CO, en el
vapor siendo una -fuente
de corrosión en las tuherías de condensado.
4. Amoníaco
NH3 (gas disuelto)
Ablandamiento con cal
y sosa en frío o caliente.
Ablandamiento con zeolitas
(H+).
Desmineralización
y
desalcalinización por intercambio aniónico. Precipitación con cal. Neutralización con ácido.
Corrosión de aleaciones Intercambio iónico con zeode cobre y zinc forman- lita (1-r+). Cloración. Desaido iones complejos so- reación. Absorción por cierlubles.
tas arcillas (clinoptilotita).
manual práctico del operador de calderas
industriales
Constituyentes
Fórmula química
Problemas que causan
(efectos)
Medio de tratamiento
5. Aluminio
A 1 +++ (sólido disuelto) Normalmente presente
como resultado de arrastres de flóculos del clarificador. Puede causar
depósitos en los sistemas
de refrigeración y contribuye a incrustaciones
complejas en calderas.
6. Cloruros
CJ· (sólidos disueltos)
Aumenta el contenido Desmineralización. Evapode sólidos e incrementa ración. Osmosis inversa.
el carácter corrosivo del
agua.
7. Dióxido de
C02 (gas disuelto)
Corrosión en tuberías
de agua y principalmente en tuberías de vapor y
condensado.
Aireación. Desgasificación.
Intercambio iónico (sosa).
Neutralización con álcalis.
Precipitación con cal
8. Dureza
Sales Ca y Mg
expresadas como
CaC03 (sólidos
disueltos)
Fuente principal de incrustaciones en equipos
intercambiadores de calor, calderas, tuberías,
etc.
Ablandamiento. Desmineralización. Tratamiento interno del agua de calderas.
Agentes protectores de superficie . Precipitación con
cal, C03Na 2 .
9. Fluoruros
F- (sólidos disueltos)
Empleado para la higiene dental No tiene gran
influencia en la industria.
Absorción con Mg (OH),
y fosfato de calcio. Coagu:
!ación por alúmina. Intercambio aniónico.
10. Hierro
Fe++ (ferroso) Fe+
++ (férrico)
(sólidos disueltos)
Colorea el agua, fuente
de depósitos en tuberías
de agua, calderas, etc.
Interfiere en industrias
de colorantes, taninos,
papel , etc.
Aireación. Coagulación y
filmación. Tratamiento con
cal Intercambio catiónico.
Filtración agentes para la
retención del hierro .
11. Manganeso
Mn++ (sólido disuelto)
Colorea el agua, fuente
de depósitos en tuberías
de agua, calderas, etc.
Interfiere en industrias
de colorantes, taninos,
papel , etc.
Aireación. Coagulación y
filmación. Tratamiento con
cal Intercambio catiónico.
Filtración agentes para la
retención del manganeso.
12. Nitratos
No; (sólido disuelto)
Aumenta el contenido Desmineralización.
de sólidos. Se emplea
para control de la fragilidad del metal de
caldera.
carbono
1"'16
Mejorar las operaciones de
clarificación y filtración.
Intercambio iónico (CINa
y ácido).
Tabla 7.2. Problemática del tratamiento del agua (continuación)
Constituyentes
13. Oxígeno
Fórmula quimica
O2 (gas disuelto)
14. pH
Problemas que causan
(efectos)
Corrosión de tuberías
de agua, eqmpos de
intercambio de calor,
calderas, tuberías de retorno, etc.
Medio de tratamiento
Desgasificación a vacío
y/o térmica. Sulfito sódico
o hidrazina. Inhibidores de
corrosión.
El pH varía de acuerdo El pH puede aumentarse
con la acidez o alcalini- por álcalis y decrecer por
dad de los sólidos en el ácidos.
agua. Las aguas naturales tienen un pH entre 6
y 8.
15. Sílice
SiO, (sólido disuelto),
a veces coloidal
Incrustaciones en calderas y sistemas de torre
de refrigeración. Depósitos insolubles en álabes de turbinas debido
a la vaporización de la
sílice de coagulación.
Eliminación en caliente con
magnesio. Absorción por
resinas aniónicas altamente
básicas en conjunción con
la desmineralización .
16. Sodio
Na+ (sólidos disueltos)
Aumenta el contenido Desmineralización . Evapo
de sólidos disueltos. ración . Ósmosis inversa .
Cuando se combina con
OH- causa corrosión en
calderas bajo ciertas
condiciones.
17. Sólidos
disueltos
Es una medida de la
cantidad de materia disuelta determinada por
evaporación. Alta concentración de sólidos
disueltos en calderas no
deseable, pues forman
espumas en calderas
y depósitos en turbinas.
Varios procesos de ablan
damiento,
tales
como
ablandamiento con cal e
intercambio catiónico con
zeolita (H+)_ Desminerali
zación .
18. Sólidos en
suspensión
Es una medida de la
materia no disuelta determinada gravimétricamente. Los sólidos en
suspensión pueden causar depósitos en equipos
de intercambio de calor,
calderas, tuberías , etc.
Sedimentación. Filtración ,
normalmente precedida de
coagulación y sedimenta
ción. Clarificación.
Constituyentes
Fórmula química
19. Total sólidos
Problemas que causan
(efectos)
Medio de tratamiento
Es la suma de los dos Ver 17 y 18.
anteriores, determinada
gravimétricamente.
sor
Aumenta el contenido Desmineralización.
de sólidos, combinado Tratamiento masivo con cal
con
calcio
forma o cal-aluminato.
incrus- taciones muy
duras.
21. Turbidez
(sólidos no disueltos)
Da una apariencia <lesa- Coagulación, sedimentación
gradable al agua. Depósi- y filtración.
tos en tuberías, equipos,
etc. Interfiere con la mayor parte de los procesos.
22. Color
(sólidos disueltos o no
disueltos)
Espuma , arrastres y en- Coagulación, cloración. Filsuciamiento. Interfiere tración por carbono
en métodos de precipita- activado.
ción tal como eliminación de hierro, ablandamiento con fosfato en
caliente. Puede manchar
productos.
23. Materia
orgáruca
(sólidos disueltos o no
disueltos)
Espuma , arrastres y en- Coagulación, cloración. Filsuciamiento . Ensucia- tración por carbono activamiento de resmas de do.
intercambio iónico.
24. Conductividad
Expresada en
microohmios
La conductividad es el
resultado de los sólidos
ionizables en solución.
Alta conductividad puede aumentar las características corrosivas de un
agua.
25. Aceite
Coloidal
Depósitos-espumas. In- Separadores, filtros. Coagucrustaciones, lodos y es- !ación y filtración. Filtración
pumas en calderas. Reca- con tierras de diatomeas.
lentamientos localizados,
impide intercambio calor. Indeseable en todos
los procesos.
20. Sulfatos
(sólidos disueltos)
l '18
Cualquier proceso que dismmuya sólidos disueltos
decrecerá la conductividad.
Ejemplos son la desmineralización y el tratamiento
con cal.
Características del agua para calderas
Las características que debe cumplir el agua para calderas están descritas en las
normas UNE, de las que a continuación se muestran unas tablas resumen.
A) Calderas pirotubulares: según Norma UNE-EN 12953-10.
Agua de alimentación (agua de nueva aportación):
Norma UNE-EN 12953-10
Tabla 5.1. Agua de alimentación para calderas de vapor (excepto el agua de pulverización
del desrecalentador) y calderas de agua caliente.
Parámetro
Presión de servicio
Apariencia
Conductividad directa a 25 ºC
Unidades
Bar
( 0,1 MPa)
-
µS/cm
Agua de alimentación para
calderas de vapor
> 0,5 a 20
> 20
Agua de relleno
para calderas de
agua caliente
Intervalo total
Clara, libre de sólidos en suspensión
No especificada , solo hay valores guía correspondientes al agua de caldera , véase la Tabla 5.2
-
> 9 ,2 (b)
> 9,2(b)
> 7,0
mmol/1
< 0,01<'>
< 0,01
< 0,05
Concentración de hierro (Fe)
mg/ 1
< 0,3
< 0,1
< 0,2
Concentración de cobre (Cu)
mg/ 1
< 0,05
< 0,03
< 0,1
Valor del pH a 25 °c<•>
Dureza total (Ca'+ y Mg'+)
No especificada , solo hay valores guía, correspondientes
al agua de caldera.
Véase la Tabla 5.2.
Concentración de sílice (SiOJ
mg/ 1
Concentración de oxígeno (O,)
mg/ 1
< 0,05<•>
< 0,02
-
Concentración de aceite/grasa
(véase la Norma EN 12953-6)
mg/1
<l
<l
<l
Concentración de sustancias
orgánicas (como COI)
-
-
Véase nota<•> al pie de tabla
<•> Con aleaciones de cobre en el sistema, el valor del pH debe mantenerse en el intervalo 8,7 a 9,2.
Ch> Con agua ablandada de valor de pH > 7,0 debería considerarse el valor del pH del agua de caldera
de acuerdo con la Tabla 5-2.
e,¡A presión de servicio < 1 bar debe ser aceptable una dureza total máxima de 0,05 mmol/1.
<•> En lugar de observar este valor, en funcionamiento intermitente o en funcionamiento sin
desairea- dor, deben utilizarse agentes que forman película y/o un exceso de reductor de oxígeno.
<•> Las sustancias orgánicas son generalmente una mezcla de varios compuestos diferentes. La composición de tales mezclas y el comportamiento de sus componentes individuales en las condiciones
de funcionamiento de la caldera son dificiles de predecir. Las sustancias orgánicas pueden descomponerse para formar ácido carbónico u otros productos de descomposición ácida que aumentarán la
conductividad ácida y causarán corrosión o depósitos. Esto puede llevar también a la formación de
espuma y/o de arrastres de agua con el vapor que deben mantenerse tan bajos como sea posi ble.
Agua de la caldera (agua en el interior de la caldera: condensados más agua de
nueva aportación):
Norma UNE-EN 12953-10
Tabla 5.2. Agua de la caldera para calderas de vapor y calderas de agua caliente.
Agua de la caldera para calderas
de vapor que utilizan
Parámetro
Presión de servicio
Apariencia
Unidad
Bar
> 0,5 a 20
( 0,1 MPa)
µS/cm
Valor del pH a 25 ºC
-
mmol/1
Concentración de
sílice (Si02)
mg/ 1
Fosfato PO/-
mg/1
Sustancias orgánicas
-
> 20
> 0,5
Agua de la
caldera para
calderas de
agua caliente
Intervalo total
Clara, sin espuma estable
-
Conductividad directa
a 25 ºC
Alcalinidad compuesta
Agua de alimentación
de conductividad
> 30µS/cm
Agua de
alimentación de
conductividad
directa
'.':'. 30µS/cm
< 6.000(•)
Véase la
Figura 5.1<•>
10,5 + 12,0 10,5 + 11,8
1 + 15(•)
1 + 10<•)
< 1.500
< 1.500
10,0 + 11,0(b,,)
9,0 + l l ,5<d>
0,1 + 1,0 (<)
<5
Dependiente de la presión , de acuerdo con
la Figura 5.2
10 + 30
10 + 30
6 + 15
Véase la nota<Qal pie de tabla
-
<•> Con recalentador se considera como valor máximo el 50 % del valor más alto indicado.
(bJ El ajuste del pH básico se hace por inyección de Na,P04 , y una inyección adicional de NaOH solo
si es el valor del pH < 10.
(,> Si la conductividad ácida del agua de alimentación de la caldera es < 0,2µS/cm y si su
concentración de Na + K es < 0,010 mg/ 1, no es necesaria la inyección de fosfato. Alternativamente
puede aplicarse AVT (tratamiento totalmente volátil , agua de alimentación con pH ;;,, 9,2 y agua de la
caldera con pH
;;,, 8,0) cuando la conductividad ácida del agua de la caldera es < 5µS/em.
(dJ Si en el sistema hay presentes materiales no ferrosos, por ejemplo aluminio, puede requerir un
valor inferior del pH y de la conductividad directa ; sin embargo, la protección de la caldera tiene
prioridad.
<•J Si se utiliza un tratamiento de fosfato coordinado; considerando todos los demás valores, son
acep- tables concentraciones de PO/- más altas (véase también el Capítulo 4).
l'-19
B) Calderas acuotubulares: según Norma UNE-EN 12952-12.
Agua de alimentación (agua de nueva aportación):
Norma UNE-EN 12952-12
Tabla 5.1.Agua de alimentación para calderas de vapor y generndores
de agua caliente con circulación natm·al o asistida.
Parámetro
Presión de servicio
Apariencia
Unidades
Bar
e 0,1
MPa)
Agua de alimentación
que contiene
sólidos disueltos
> 0,5 a 2
>20a40
-
Intervalo total
Intervalo total
-
No se especifica,
solo valores
guía para el
agua de caldera
correspondiente,
véase la
Tabla 5.2
-
< 0,2
-
> 9,2
> 9,2
> 9, 2(')
> 7,0
< 0,01
< 0,005
-
< 0,05
< 0,010
-
No se especifica, solo valores
guía para el agua de caldera
correspondiente, véase la Tabla
5.2
µS/cm
Conductividad ácida a
25 ºC C•>
µS/cm
-
-
-
> 9,2(<)
mmol/1 < 0,02(<)
Dureza total (Ca++ +
Mg++)
Agua de 1·elleno
para generad01·es
de agua caliente
Clara, libre de sólidos en suspensión
Conductividad directa a
25 ºC
Valor del pH a 25 ºC Cb>
> 40 a
100
Agua de
alimentación y agua
desmineralizada
de pulve1ización del
desrecalentad01·
Concentración de sodio
y de potasio (Na+ + K+)
mg/1
-
-
Concentración de hierro
(Fe)
mg/ 1
< 0,050
< 0,030
< 0,020
< 0,020
< 0,2
Concentración de cobre
(Cu)
mg/ 1
< 0,020
< 0,010
< 0,003
< 0,003
< 0,1
Concentración de sílice
(Si02)
mg/ 1
No se especifica, solo valores
guía para el agua de caldera
c01respondiente, véase la Tabla
5.2
< 0,020
-
Concentración de oxígeno O
mg/ 1
< 0,020(Q
< 0,020
< 0,020
< 0,1
-
Concentración de aceite/
grasa (véase la N01ma
EN 12952-7)
mg/ 1
<l
< 0,5
<0,5
< 0,5
<l
Concentración de sustancias orgánicas (como
COT)
mg/ 1
< 0, 5 C<l
< 0,2
Véase nota•> al
pie de tabla
Alternativamente índice
de permanganato
mg/ 1
3
5
-
Véase nota Cbl al pie
de tabla
5
5
(a) La influencia de agentes orgánicos de acondicionamiento debería considerar se adicionalmente.
(b) Con aleaciones de cobre en el sistema, el valor del pH debe mantenerse en el intervalo 8,7 a 9,2.
(<) Con agua ablandada , con valor del pH > 7,0, deberíaa considerarse el va lor del pH del agua de caldera de acuerdo con la
Tabla 5.2.
(d)
Para el agua de inyección solo deben estar permitidos los agentes alcalinizantes volátiles.
(,) A la presión de servicio < 1 bar, debe ser aceptable la dureza total máxima de 0,05 m mol/!.
(1) En lugar de observar este valor para funcionamiento intermitente o en funcionamiento sin desaireador, deben observarse los
agen- tes que forman película y/o el exceso de reductor de oxígeno.
(g)
A la presión de servicio > 60 bar, se recomienda COT < 0,2 mg/1 .
Las sustancias orgánicas son generalmente una mezcla de varios compuestos diferentes. La composición de tales mezclas y el
comportamiento de sus componentes individuales en las condiciones de funcionamiento de la caldera son difíciles de predecir. Las
sustancias orgánicas pueden descomponerse para formar ácido carbónico u otros productos ácidos de descomposición que aumenten
la conductividad ácida y provocar corrosión o depósitos. También, pueden llevar a la formación de espumas y/o de arrastres de agua
con el vapor que deben mantenerse tan bajos como sea posible .
Ot)
150
Agua de la caldera (agua en el interior de la caldera: condensados más agua de
nueva aportac ión):
Norma UNE-EN 12952-12
Tabla 5.2. Agua de la caldera para calderas de vapor.
Parámetro
Unidad
Agua de caldera para calderas de vapor que utilizan:
Agua de alimentación que contiene sólidos
disueltos
Conductividad
directa
'é 30µS/cm
Conductividad directa
> 30µS/cm
Presión de
serv1c10
Bar
Apariencia
-
Conductividad directa
a 25 º C
¡1S/cm
Agua de
caldera
parn
generad01·es
de agua
caliente
> 0,5
<:'. 20
> 20
<é 40
> 40
a 60
> 0,5
<é 60
> 60
<é 100
Agua de alimentación desmineralizada
conductividad ácida
'é 0,2 µS/cm<•J
Alcalinización
del agua
de caldera con
agentes alcalinizantes sólidos
Tratamiento
totalmente volátil
(AVT)
<é 100
> 100
Intervalo
total
Intervalo total
< 100
< 30
-
< 1.500
< 50
< 50
< 5(,)
-
Clara y sin espuma estable
Véase la Figura 5. l'•l
Valor
recomendado
en la
Figura 5.2
Conductividad ácida a
25 ºC:
• Con dosificación de
fosfatos
µ/cm
• Sin
dosificación de
fosfatos
µ/cm
-
-
-
-
-
< 40
Valor del
pH a 25 ºC
-
10,5 +
12,0
10,5 +
11,8
10,3 +
ll,5
10,0 +
11,0
9,8 +
10,5
9,5 +
10,5
9,3 +
9,7
::> 8(d)
9,0 + ll,5(•)
Alcalinidad
nunol/1
1+
15<•)
1 + 10<•)
0,5 +
5<•)
0, 1 +
1,0
0, 1 +
0,3
0,0 5+
0.3
-
-
<5
Caneentración de
sílice (SiO,)
mg/ 1
Fosfato
PO; (f)
mg/ 1
Sustancias
orgánicas
-
-
Dependiente de la presión
10 +
20
8 + 15
8 + 15
5 + 10
<6
<6
<3
-
-
Véase nota (g¡ al pie de tabla
(a) Sin agentes de acondic i onamiento.
(b) Con recalentador, se considera el 50 % del valor superior indicado como valor máximo.
(<)
La conductividad ácida es men or de 3 si el flujo térmico es mayor de 250 kW/m'
El va lor del pH debe ajustarse en el agua de alimentación y debería ser 2: 8 ,5 a presi ones de servicio > 60 bar.
(e) Si hay materi ales no ferrosos presentes en el sistema, por ejempl o alumini o, pueden requerir un valor más bajo de pH y conductividad
directa . No obstante, la protección de la caldera ti ene prioridad.
(Q Si se utiliza el tratamiento de fosfatos coordinado, son aceptables concentra ciones de (P04Y- muy altas (véase también el Capítulo 4).
(d)
(g)
Véase Ch> en la Tabla 5. 1.
7.2. DESCALCIFICADORES Y DESMINERALIZADORES
El agua de alimentación que se introduce en una caldera es necesario que esté
debida mente tratada y acondicionada para que sus características sean
concordantes con las indicadas en las Normas UNE-EN 12953-10 (Calderas
pirotubulares) y UNE-EN 12952-12 (Calderas acuotubulares e instalaciones auxiliares).
El tratamiento consiste en descalcificar o desmineralizar, desgasificar y regularizar el pH.
Los objetivos del tratamiento del agua de alimentación son:
• Mantener altas transferencias de calor,evitando incrustaciones.
• Mejorar la seguridad de la caldera y su rendimiento.
• Reducir los costes de mantenimiento, evitando corrosiones.
7.2.1. Descalcificadores
La mayoría de las aguas contienen sales de calcio y de magnesio que se depositan
en el interior de las tuberías o de la maquinaria, disminuyendo considerablemente su
eficacia en la transferencia de calor,y se dice que son aguas duras porque los
depósitos forman un precipitado que se endurece como si fuera de piedra.
Los descalcificadores son aparatos que permiten sustituir los iones minerales
incrus tantes por iones solubles en agua. Para llevar a cabo dicha transformación
se utilizan resinas a base de poliestireno, formadas por pequeñas esferas de 0,3
mm de diámetro que tienen la propiedad de cambiar los iones de calcio y magnesio
(sales) por iones de sodio, solubles en agua. Para regenerar estas resinas se hace
circular salmuera (cloruro sódico) de manera completamente automática mediante un
temporizador debidamente programado. Una vez se ha regenerado el
descalcificador se vuelve a poner en servicio automáticamente y puede volver a estar
operativo durante un nuevo ciclo.
El proceso de regeneración consta de cuatro fases:
1.ª fase: Contralavado. El agua pasa por las resinas de abajo a arriba para
desapel mazar las resinas y eliminar su suciedad externa, para que la solución salina
regenerante alcance a toda la masa. Su duración es de unos 10 minutos, pero depende
de la suciedad acumulada y del volumen de resinas.
2.ª fase: Regeneración. Es el paso de la solución salina a una concentración
del 8 al 12 %, a través de las resinas, habitualmente en sentido descendente. Su
duración media es de 20 a 45 minutos.
3.ª fase: Lavado lento. Acabada de pasar la solución salina se elimina esta
durante unos minutos con el mismo caudal que en la regeneración.
4.ª fase: Lavado rápido. El lavado se hace hasta que el agua "no sabe a
sal" (en zonas con agua dura muy salobre, que no sea más salada), y que su
dureza residual sea la aceptable (depende de la calidad del agua dura).
Estas operaciones pueden efectuarse de forma manual, pero normalmente se
hacen de forma automática mediante un programador,que regula los tiempos de
cada fase.
La puesta en marcha de la regeneración en los descalcificadores automáticos
puede ser por:
• Tiempo: a una hora y día prefijados, sin tener en cuenta el agua
descalcificada consumida.
• Tiempo de funcionamiento a caudal constante.
• Volumen mediante contador.
Observaciones
• En los dos últimos procedimientos, si varía la dureza del agua o no se
aprovecha la capacidad máxima de las resinas se suministra agua dura.
• Cuando las instalaciones son grandes, el coste de hacer la automatización
del control periódico de dureza suele ser rentable.
• También es interesante hacer análisis en continuo de la conductividad del
agua dentro de las resinas.
• En todas las instalaciones automáticas se necesita una presión mínima de
unos 2 kg/cm2 para obtener un buen funcionamiento en la aspiración de la
sal.
7.2.2. Desmineralización total
Cuando por requerimientos de caldera o por la presencia de iones metálicos en el
agua, hay que llegar a la eliminación total de iones (desmineralización), hay que
usar unos elementos llamados desmineralizadores. La desmineralización puede
hacerse por vía química o por vía mecánica.
Desmineralización química
La eliminación de cationes y aniones se hace mediante el paso del agua por
columnas de resinas aniónicas y catiónicas. Según el tipo de resinas y columnas,
se puede llegar a agua desionizada e incluso exenta de sílice.
La operación de intercambio iónico comprende el intercambio entre los iones
presen tes en el agua y los iones de las resinas.
El intercambio iónico consiste en reacciones químicas de sustitución, cuyos
meca nismos de reacción son tan parecidos a las operaciones de adsorción que se
considera como un tipo especial de adsorción.
Los tipos de resinas de intercambio pueden ser:
• Catiónicas: intercambian iones positivos (cationes). Son estructuras con grupos
funcionales ácidos (resina ácido fuerte/ácido débil).
• Aniónicas: intercambian iones negativos (aniones). Son estructuras con grupos
funcionales básicos (resina base fuerte/base débil).
Las instalaciones son muy variadas, pero las configuraciones más habituales
en la industria son:
manual práctico del operador de calderas
industriales
• Doble columna (catión - anión).
• Triple columna (catión - anión - catión).
• Cuatro columnas (catión - anión - catión - anión).
• Doble columna (catión - anión) y lecho mixto.
En cada caso se estudia y se coloca el más adecuado siguiendo criterios
técnicos y económicos.
A modo de ejemplo, en el desmineralizador catión - anión con dos columnas o
de doble intercambio, las resinas se alojan en dos botellas distintas. El agua pasa
primero por la resina catiónica y luego por la resina aniónica, eliminando todos los
iones del agua. Para regenerar las resinas se hace pasar ácido clorhídrico (HCI)
por la resina catió nica y sosa (NaOH) por la aniónica. Después de la regeneración
se aclaran las resinas,
empezando un nuevo ciclo.
Desmineralización mecánica
El procedimiento mecánico más eficaz de desmineralización del agua es la
ósmosis in versa. La ósmosis es una difusión pasiva, caracterizada por el paso del
agua, disolvente, a través de una membrana semipermeable, desde la solución más
diluida a la más con centrada.
En la Figura 7.1, en la parte izquierda, el nivel de líquido aumenta en el
comparti mento de la solución concentrada y disminuye en el de agua pura,
alcanzándose una diferencia de altura estable h, a la que deja de pasar más agua.
Esta altura h se expresa en términos de presión, y se denomina presión osmótica y
al fenómeno se le denomina ósmosis natural.
Presión
mecánica
Presión
osmótica
Disolución
diluida
Disolución
\ concentrada
1t
\J\,
Disolución )'
diluida _/
_ .,.'.>'
' Membrana semipermeable '
15'-I
Disolución
concentrada
Tratamiento de agua de calderas
Figura 7.1. Mecanismo de la ósmosis (izquierda) y de la ósmosis inversa (derecha).
155
En la parte derecha de la figura se observa que si se aplica una presión en el
compar timento de la solución concentrada, se consigue que el agua pase desde
este comparti mento al compartimento con la solución diluida, de tal forma que se
produce un aumento de concentración de la solución más concentrada y una
dilución de la disolución diluida. Este fenómeno se conoce con el nombre de osmosis
inversa.
Pero si en uno de los compartimentos hay agua desmineralizada y en el otro hay
agua bruta, al final se obtiene un agua desmineralizada por un lado, que se envía al
proceso, y por otro lado una salmuera, que se envía al desagüe.
Los sistemas de osmosis inversa constan de los siguientes elementos:
Pretratamiento
Comprende todos los sistemas necesarios para evitar problemas operativos de la mem
brana como son:
• Ensuciamiento coloidal: para evitar este problema los equipos de
pretratamien to más comunes suelen ser los filtros multicapa y los filtros de
cartucho.
• Incrustación: para evitar la incrustación de sales insolubles se fundamenta
bási camente en la dosificación de productos antiincrustantes y también la
corrección de pH, aunque en determinadas circunstancias se puede utilizar
también sistemas de descalcificación.
• Oxidación de la membrana: para eliminar los productos oxidantes, se utiliza la
dosi ficación de reductores como el bisulfito sódico o la decloración mediante carbón
activo.
Sistema de membranas
Es el corazón del equipo y consta de los siguientes elementos:
• Bombeo de alta presión: sistema de membranas formado por las propias
mem branas y los contenedores o tubos de presión donde van alojadas.
Las membranas se clasifican por el material con que están fabricadas
(acetato de celulosa y poliamida) o por su forma (planas, tubulares, de fibra
hueca y de arro llamiento en espiral). Las más empleadas son las de
poliamida de arrollamiento en espiral, como muestra la Figura 7.2.
(1) Agua bruta alimentación
(2) Rechazo
(3) Salida de agua permeada
(4) Flujo de agua bruta
(5) Flujo de permeada
(6) Material de protección
(7) Junta de estanqueidad entre módulo
y envolvente
(8) Perforaciones de recogida de agua
permeada
(9) Espaciador
(10)
Membrana
(11)
Colector de agua permeada
(12)
Membrana
(13)
Espaciador
(14)
Linea de
soldadura de las dos
membranas
Figura 7.2. Sistema de membranas de la ósmosis inversa.
El acetato de celulosa fue el primer material empleado para las membranas y
aun que tiene ciertas ventajas respecto a las membranas actuales, ha caído en
desuso por requerir mayor presión de trabajo, por obtenerse peor calidad del
agua y por su sensibilidad a cambios en el pH, mientras que el único
inconveniente de la po liamida es su sensibilidad a los oxidantes como el
cloro.
• Valvulería y conducciones, incluyendo las válvulas de regulación de presión.
• Instrumentación, incluyendo elementos de control y de seguridad como
manóme- tros, indicadores de caudal, conductivímetros, indicadores de
temperatura, etc.
Postratamiento
Los elementos necesarios para conseguir que el agua producida tenga la calidad
ade cuada son:
• Corrección de pH: mediante dosificación de alcalinizante ya que el agua
osmoti zada tiene un pH bajo.
• Cloración: para evitar crecimientos microbiológicos posteriores.
• Descalcificación de afino: cuando el tratamiento de osmosis no llega por sí
solo a obtener la dureza exigida por la norma correspondiente.
• Desmineralización final: cuando la conductividad necesaria para la alimentación
de la caldera es aún inferior a la conseguida con un equipo de osmosis
inversa.
7.3. DESGASIFICACIÓ N TÉR MICA Y PO R ADITIVOS
Desgasificar el agua es eliminar el oxígeno disuelto que tiene, para evitar la
corrosión del acero de la caldera y del resto de las instalaciones implicadas. Esto
puede hacerse térmica o químicamente.
7.3.1. Desgasificación térmica
El sistema natural de realizar la desgasificación consiste en elevar la temperatura
del agua de alimentación por encima de los 100 ºC, ya que a esta temperatura, el
contenido de oxígeno disuelto en el agua es prácticamente nulo, como se muestra
en la Figura 7.3.
Para hacer una desgasificación térmica hay que tener en cuenta que:
• Hay que calentar el agua de alimentación a una temperatura superior a 105 ºC.
• Se requiere un tanque de alimentación presurizado (0,2 + 0,35 bar).
• La capacidad normal del tanque debe estar entre 10 + 20 minutos de
producción de vapor.
• Se debe garantizar la eliminación del aire.
• Se requiere una presión mínima de agua de entrada para garantizar la pulverización.
156
Las configuraciones de los desgasificadores pueden ser muchas, en la Figura 7.4 se
muestra un esquema típico de una instalación de desgasificación.
manual práctico del operador de calderas
industriales
Solubilidad del 02 en agua
16
14
12
10
8
6
4
2
T (oC)
[0,) (ppml
10
11,20
20
9,13
30
7,56
40
6,71
50
5,71
60
4,85
70
4,07
80
2,85
90
1,50
100
0,12
102030405060708090100
Temperatura del agua °C
Figura 7.3. Solubilidad del oxígeno en el agua.
Condensados -·-·-·-· ··-·,..
Vapor flash ·-·-···-·---·-·""
'¡
;
Rebose
{,
Vaciado
1
'·-·-· · ·--·-·-·->
A bombas de alimentacion caldera
Figura 7.4. Tanque de alimentación con desgasificador.
El agua de alimentación y la recogida de condensados (en procesos que lo
requieren) se dirige a la parte superior del desgasificador, normalmente colocado
sobre el depósito de agua de alimentación de la caldera. Este desgasificador se
alimenta, por su parte in ferior, con vapor de baja presión y convenientemente
reducido de presión. En el interior del desgasificador se establecen dos corrientes
contrarias, una de vapor ascendente y
15i'
manual práctico del operador de calderas
industriales
oxígeno desprendido y otra descendente en forma de lluvia del agua a desgasificar
que cuando llega al final del desgasificador está prácticamente exenta de oxígeno.
Según la ley de Henry,la concentración de equilibrio de un gas disuelto en un
líquido es proporcio nal a la presión parcial del gas que está en contacto con el
líquido. También son posibles otras muchas configuraciones, con pequeñas variantes.
Los desgasificadores son económicos para el trabajo que realizan y su función
es muy eficiente con el mínimo de mantenimiento, a pesar de todo, siempre
quedan trazas residuales de oxígeno disuelto, que se eliminan finalmente por medio de
un secuestrante químico.
7.3.2. Desgasificación química
Se consigue añadiendo aditivos al agua de nueva aportación de calderas, que se
com binan con el oxígeno del agua de alimentación, quedando esta exenta del
mismo. Los aditivos más empleados son los siguientes:
N,N-Dietilhidroxilamina (DEHA)
Desoxigenante volátil, que además pasiva las superficies metálicas de la caldera y
líneas de condensados, es un fuerte reductor capaz de revertir el rojizo óxido férrico
a magneti ta, si se mantienen concentraciones residuales en la caldera entre 150 y
300 ppb.
La estequiometría de la reacción es de 1,24 ppm de DEHA por cada 1ppm de
oxígeno disuelto, pero se obtienen mejores resultados con una relación 3:1. En su
reacción con el oxígeno se forma ácido acético e incluso se puede descomponer en
dióxido de carbono, lo cual requiere un consumo adicional de amina neutralizante. Se
descompone en amoníaco a partir de 280 ºC frente a los 168 ºC para la hidracina.
Sulfito sódico
En calderas de presiones de hasta 60 kg/cm2 el reactivo más empleado es el sulfito
sódi co catalizado que tiene bajo coste, fácil manejo y no es incrustante.
La reacción del sulfito sódico con el oxígeno disuelto del agua es la siguiente:
2S0 3Na2
+ 02 -2SQ 4 Na2
El sulfito sódico debe añadirse continuamente con bombas dosificadoras, preferen
temente en el tanque de almacenamiento del desgasificador.
Ejemplo de coste de aditivos
• Datos iniciales
- Producción máxima caldera = 10.000 kg/h.
- Uso de la caldera = 6.000 horas/año.
- Coste de sulfito sódico (aproximadamente) = 1,2 €/kg.
158
Tratamiento de agua de calderas
- Temperatura del tanque = 60 ºC.
159
• Cálculo de la cantidad de sulfito sódico:
- Se requiere una dosificación de sulfito sódico de 8 ppm para reducir 1ppm
de 02 disuelto.
- Normalmente se añaden otros 4 ppm como reserva.
- Por tanto, se requieren 8 + 4 = 12 ppm de sulfito sódico para reducir
1ppm de 02 disuelto.
- De la Figura 7.3, para una temperatura de 60 ºC el 02 disuelto en agua es 5,2
ppm.
- Coste anual: 12 x 5,2 kg/h x 6.000 h/año x 1,2 €/kg = 4.492,8 € /año
Hidracina
Sustituye al sulfito en sistemas de alta presión (presiones superiores a 60 kg/cm2 •
La ventaja principal es que no incrementa sólidos en la caldera, pero tiene el
problema que está en la lista de productos cancerígenos (OSHA PEL 0,1 ppm,
SARA Title II. Section 313 Reporting) y como tal requiere de una manipulación
especial. Actualmente el uso se circunscribe a los grandes sistemas de generación
de vapor (centrales eléctricas). La hidracina (al 35 %) se añade directamente al
agua de alimentación a razón de 0,05-0,10 ppm. A temperaturas inferiores a 150 ºC
la reacción es muy lenta. El uso de hidroquinona como catalizador aumenta la
velocidad de la reacción de 10 a 100 veces. A temperaturas superiores a 400 ºC la
hidracina comienza a descomponerse formando amoníaco, que es corrosivo para el
cobre y otras aleaciones.
La hidracina actúa según la siguiente reacción:
N2 H4
+ 02 -2H 20 + N2
7.4. REGULACIÓN DEL pH
Alimentar una caldera con un pH inferior a 8,5 puede dar lugar a corrosión por
acidez, por eso es necesario tratar el agua de alimentación para que el pH a la
entrada de la caldera esté entre 8,5 y 9,5.
Esta regulación del pH se consigue añadiendo al agua de alimentación fosfato
trisó dico en la proporción correspondiente, que además elimina la dureza residual
del trata miento de descalcificación, evitando que las sales calcáreas se adhieran a
las paredes metálicas de la caldera.
7.5. RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS. PURGADORES
La recuperación de condensados permite incrementar el rendimiento energético de una
instalación de vapor mediante la recuperación parcial o total del calor de los
conden sados procedentes de las máquinas consumidoras de vapor y además se
consigue un ahorro de agua de nueva aportación.
Para hacerse una idea más clara de la importancia de la recuperación de los conden
-T
sados se plantea el siguiente ejemplo:
1111
Ejemplo 7.1.
Una caldera alimentada con agua a 20 ºC produce vapor a 10 kg/cm•, tiene una
cantidad de calor (entalpía) de 665,2 kcal/kg y una temperatura de 182 ºC. La má
quina que lo va a utilizar toma el calor de condensación (calor latente) 479,5 kcal/
kg, dejando sin usar el calor del condensado (calor sensible) 185,7 kcal/kg.
Para producir un kilogramo de vapor, partiendo de agua a 20 ºC, hay que aportar
665,2 - 20
645,2 kcal, pero si se recupera el agua condensada, retornándola a
la caldera, para producir 1 kg de vapor, solamente se necesitan 665,2 - 185,7
479,5 kcal, es decir, se ahorran 645,2 -479,5
165,7 kcal (25,7 %).
=
=
=
Los condensados son agua a alta temperatura (calor sensible) y sin sales (si no
hay contaminaciones o no hay arrastres de agua de caldera al vapor). La
recuperación de condensados es importante por:
a) Menor consumo de agua depurada.
b) Disminución de la salinidad del agua de alimentación.
c) Reducción del régimen de purgas a aplicar en la caldera.
d) Elevación de la temperatura de alimentación del agua, lo que repercute en una
re ducción del consumo de combustible y en un menor contenido de gases
disueltos como el oxígeno.
e) Posibilidad de reducir el tamaño de la instalación de depuración del agua de
nueva aportación, abaratando la inversión y reduciendo los gastos de
funcionamiento.
f) Reducción de las dosificaciones de algunos aditivos, como por ejemplo los
se cuestrantes de oxígeno.
g) Los retornos de condensados pueden llevarse al depósito de alimentación (mez
clándolos con el agua nueva depurada) o introducirlos directamente a la caldera.
Si existe posibilidad de contaminaciones del condensado en los procesos de
fabrica ción, deben tomarse las medidas pertinentes para evitarlas o detectarlas
rápidamente para impedir su llegada al tanque de alimentación.
Los elementos que permiten recuperar los condensados generados en las
máquinas consumidoras de vapor son los purgadores, que de forma continua van
extrayendo el condensado del circuito del vapor,impidiendo que escape este. También,
tras un paro, las tuberías de retorno antes del depósito de alimentación de caldera
deben tener instalado un sistema de purga que permita tirar los primeros retornos,
cuando se requiera, para evitar que los arrastres de óxido u otras impurezas o si
hay una contaminación, vayan al depósito y luego a la caldera.
161
Los purgadores son los elementos que permiten hacer la separación de los conden
sados del vapor.Los más habituales en la industria son los de boya cerrada, los de
cubeta invertida y los termodinámicos (Figura 7.5).
Boya cerrada
Cubeta invertida
Termodinámico
Figura 7.5. Distintos tipos de
purgadores.
Existen distintos tipos de purgadores:
• Mecánicos o de
flotador: De boya
cerrada.
De cubeta.
De cubeta invertida.
• Termodinámicos.
• Termostáticos:
- De presión equilibrada.
- Bimetálicos.
• Mixtos.
En la Tabla 7.3 se muestran las características de la descarga de los diferentes
pur gadores.
Tabla 7.3. Características de la descarga de los diferentes purgadores.
Tipo de purgador
Termodinámico
Características de la descarga
Súbita e intermitente. Cierre total entre descargas.
Termostático de
Súbita e intermitente . Cierre total entre descargas.
presión equilibrada
Expansión líquida
Descarga continua cuando las cargas son estacionarias altas y medias. Tendencia
a la descarga súbita cuando las cargas son pequeñas.
Bimetálico
Descarga continua variando según la tasa de formación de condensado. Tendencia a la descarga súbita cuando las cargas son pequeñas o muy variables.
Boya cerrada
Descarga continua variando según la cantidad de condensado que se forma, si
bien tienden a tener un funcionamiento pulsante cuando las cargas son
pequeñas.
Cubeta invertida
Súbita e intermitente con cierre total entre descargas, excepto cuando las cargas
son pequeñas en que tiene tendencia a gotear.
manual práctico del operador de calderas industriales
7.6. R ÉGIM EN DE PU RG AS A R EALIZAR
La finalidad de purgas en una caldera, además de mantener la concentración salina
idó nea, es eliminar los lodos y sólidos en suspensión en el agua.
El vapor producido en una caldera no tiene sales (si no hay arrastres de agua),
por consiguiente cuanto mayor sea la recuperación de condensados para minimizar la
canti dad de agua de nueva aportación, que es un agua tratada, desendurecida o
desminera lizada según las condiciones de la caldera, pero siempre con un coste
de tratamiento y con una cantidad de sales superior a los condensados.
Para asegurar que la salinidad en la caldera se mantiene en valores idóneos
esta bles debe cumplirse que la cantidad de sales extraídas en las purgas es igual
a la que le aporta el agua de alimentación.
Para calcular el caudal de purga basta con hacer un balance de materia de la
forma siguiente: de acuerdo con la Figura 7.6, en el balance de materia deben
cumplirse dos condiciones, que el caudal total de entrada sea igual al caudal de
vapor saliente más el caudal de las purgas y que la cantidad de sales entrantes sea
igual a la cantidad de sales salientes, es decir:
A =V+P
A x M = P x S (admitiendo que el vapor está exento de
sales)
Donde:
A: caudal total de agua de entrada en 1/h
V: caudal total de vapor de salida en 1/h
P: caudal total de purga en 1/h
M:salinidad del agua de alimentación
5:salinidad máxima óptima en el agua de la caldera
Vapor saturado seco (V)
Agua (A)
l
Purgas (P)
Figura 7.6. Esquema para el cálculo para la purga de caldera.
162
Sustituyendo valores en las ecuaciones anteriores:
P X S = M X ( V + P)
PX S=M X V+M XP
P X (S - fV1) = V X M
p
Obteniendo finalmente:
=
V
M
S- M
Por tanto, la cantidad que hay que purgar viene dada por la expresión:
P=
S- M
XV
Y expresado en tanto por ciento, por cada 100 unidades de V:
T-
P=
SM
X 100
.....-:r' •
Ejemplo 7.2.
1111
Calcula el caudal de purga P de una caldera con los siguientes datos de partida:
• Salinidad del agua depurada: 1.000 ppm.
• Producción de vapor real: 10.000 kg/h.
• Presión de trabajo: 8 kg/cm•.
• Salinidad: se quiere mantener en el agua de caldera (S): 7.000 ppm.
Primer supuesto: no hay retornos de condensados.
Salinidad Jtf del agua de alimentación: 1.000 ppm.
..!:.._
=
V
l.OOO
x 100
5.ooo - 1.000
= 25 % (respecto a la producción de vapor V)
Como V= 6.000 kg/h, la purga que hay que hacer es:
P
litros
= - 1.000 -X 10.000 = 2.500
--5.000 - 1.000
hora
Segundo supuesto: hay un 80 % de recuperación de
condensados. Salinidad Jtf del agua de alimentación:
0,0 ppm de los condesados x 0,8 + 1.000 ppm del agua tratada x 0,2
..!:.._
=
V
l.OOO
x 100
5.ooo - 1.000
= 200
ppm
= 25 % (respecto a la producción de vapor V)
Como V= 10.000 kg/h, la purga que hay que hacer es:
P=
1_._oo_o
5.000 - 200
=
x 10_ 000 417 litros
hora
Las extracciones pueden hacerse mediante purga continua o intermitente, pero
siempre debe considerarse la posibilidad de aprovechar el calor antes de verter el
agua al desagüe.
Purga continua
Existe la posibilidad de instalar la purga en la zona de nivel de agua
(preferiblemente) o en el fondo.
Siempre debe estudiarse el aprovechamiento del calor recuperando parte del
calor transportado por el agua purgada.
La misión de la purga continua instalada en la zona de nivel es la de
desconcentrar el agua y eliminar espumas.
La purga de fondo, aunque puede hacer en continuo, suele ser intermitente y
sirve para desconcentrar y evacuar barros.
Purga intermitente (automática o manual)
Las purgas automáticas se hacen tanto de fondo como de superficie. La purga
automática de fondo se hace mediante una válvula con un actuador y un
temporizador en el que se programan los ciclos de purgas (cantidad y duración), lo
que facilita la supervisión del operador de caldera.
7.7. PROBLEMAS PROVOCADOS POR UN MAL
TRATAMIENTO DEL AGUA DE CALDERA
Un mal tratamiento del agua de caldera provoca a largo plazo una disminución de
la vida de la caldera a consecuencia de la corrosión y un mal funcionamiento de la
misma con considerables pérdidas económicas por bajos rendimientos de
transmisión calorífica, como resultado de la formación de incrustaciones.
7.7.1. Corrosión
Las principales fuentes de corrosión en calderas son la corrosión por oxígeno o pitting y
la corrosión cáustica.
Corrosión por oxígeno o pitting
La corrosión por oxígeno o pitting es la reacción del oxígeno disuelto en el agua con
los componentes metálicos de la caldera en contacto con el agua, que provoca
óxidos solu bles e insolubles.
Los resultados de este tipo de corrosión son tubérculos de color negro, los que
se forman sobre la zona de corrosión.
manual práctico del operador de calderas industriales
Este tipo de corrosión se previene mediante una adecuada desgasificación del agua
de alimentación y manteniendo un exceso de secuestrantes de oxígeno en el agua de la
caldera.
Corrosión cáustica
La corrosión cáustica se produce por una sobreconcentración localizada en las zonas
de elevadas cargas térmicas (hogar,cámara trasera, etc.) de ciertas sales, que por
hidróli sis producen sosa cáustica.
Este tipo de corrosión se manifiesta en forma de cavidades profundas, semejantes
al pitting por oxígeno, rellenas de óxidos de color negro, presentes solamente en las
zonas de elevada liberación térmica (hogar,placa trasera y cámara trasera) de la
caldera.
La corrosión cáustica puede prevenirse manteniendo la alcalinidad, OH- libre y
pH del agua de la caldera dentro de los límites recomendados.
Corrosión en las líneas de retorno de condensado
Las líneas de retorno de condensado no forman parte de la caldera, sin embargo, su
corro sión tiene efectos sobre la misma y puede ser prevenida con el tratamiento de
agua.
Cuando el lado de agua presenta un color rojizo indica que hay problemas de
corro sión en las líneas de retorno de condensado, debido a que los óxidos
(hematita) produci dos son arrastrados a la caldera con el agua de alimentación.
Cuando hay presencia de ácido carbónico en las líneas de retorno de
condensado, también aparecen corrosiones por este fenómeno. La prevención de
la corrosión en es tas líneas de retorno se consigue mediante la adición de aminas
neutralizantes que neu tralizan la acción del ácido carbónico y aminas fílmicas que
protegen dichas líneas. Estas aminas son volátiles, por lo que al ser dosificadas a las
líneas de alimentación de agua, son arrastradas por el vapor producido en la
caldera.
7.7.2. Incrustaciones
Las incrustaciones corresponden a depósitos de carbonatos y silicatos de calcio y
mag nesio, formados por una excesiva concentración de estos componentes en el
agua de alimentación y/o regímenes de purga insuficientes.
La presencia de incrustaciones en una caldera baja la conductividad térmica, lo
que ocasiona problemas de refrigeración de las superficies metálicas, llegando a
causar da ños por sobrecalentamiento.
La formación de incrustaciones en una caldera puede prevenirse, cumpliendo los re
querimientos del agua de alimentación a la caldera, tratando el agua de nueva
aportación y purgando adecuadamente.
En la Figura 7.7 se muestra el efecto de las incrustaciones y flujo de calor en el
me
Tratamiento de agua de calderas
§
tal. A medida que aumenta el espesor de la capa de incrustaciones, para un mismo
flujo de calor,puede observarse que aumenta la temperatura del metal.
ID
e
o
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@
165
manual práctico del operador de calderas industriales
Espesores de las incrustaciones (mm)
Escala 6 mm
610
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Temperatura del metal
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conductividad térmica:
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Escala 3,8 mm • 1 Es ala .2
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- Incrustación: 2,6 W/m ,ºK
1
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1
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Espesor del metal:
20 mm
¡
m
m
Flujo de calor (Kw/m')
Figura 7.7. Ábaco del flujo de calor en función de la temperatura y espesor de la incrustación.
7.7.3. Arrastre de condensado
El arrastre de condensado con el vapor en una caldera provoca un suministro de
vapor húmedo, que puede tener relación con deficiencias mecánicas y químicas.
Las deficiencias mecánicas están relacionadas con un elevado nivel de agua
en la caldera, deficiencias de los separadores de gota, sobrecargas térmicas,
variaciones bruscas en los consumos, etc.
Las deficiencias químicas están relacionadas con el tratamiento de agua de la
calde ra, específicamente con excesivos contenidos de alcalinidad, sólidos totales
(disueltos y en suspensión) y sílice, que favorecen la formación de espuma.
Para prevenir el arrastre debido a deficiencias en el tratamiento de agua, se
reco mienda mantener los valores de CaC03, Si02 y sólidos disueltos en límites
recomendados.
166
••
En esta unidad se da una visión global de cómo debe realizarse la puesta en marcha, la
conducción y el mantenimiento de una caldera, si bien lo que se cita debe tomarse como una
recomendación, porque son pautas de comportamientos y es necesario estudiar cada caso en
particular,debido a la gran variedad de tipos de calderas e instalaciones, es imposible recoger
todos los casos. A pesar de esta complejidad, con las recomendaciones y pautas que se
describen se puede tener una idea de cómo acometer cada instalación.
Contenidos
8.1. ntroducción
8.2.Mantenimiento de los generadores de vapor
8.3.Mantenimiento de las redes de vapor y condensado
8.4.Mantenimiento de equipos de utilización: condensadores y cambiadores de calor
8.5.Primera puesta en marcha
8.6.Puesta en servicio
8.7.Puesta fuera de servicio
8.8.Causas que hacen aumentar o disminuir la presión
8.9.Variaciones de nivel en la caldera
8.10.
Comunicación o incomunicación de una caldera con otras
8.11.
Revisiones y limpiezas periódicas
8.12.
Mantenimiento en paro prolongado
8.13.
Revisión de averías
manual práctico del operador de calderas
industriales
8.1. INTRO DU CCIÓ N
La correcta explotación de una instalación térmica lleva consigo la realización de un con
junto de operaciones que aseguren su funcionamiento de manera constante, con
un óp timo rendimiento energético, manteniendo en todo momento la seguridad del
servicio y respetando el medio ambiente. Algunas de las operaciones a las que hay que
hacer frente se analizan seguidamente.
8.1.1. Maximizar la producción de vapor
Normalmente las instalaciones térmicas van asociadas a un proceso productivo, por tan
to, maximizar la producción de vapor va asociado a maximizar la producción, de ahí
que este aspecto sea prioritario.
8.1.2. Optimizar las pérdidas energéticas
Reducir las pérdidas de energía térmica implica optimizar el coste del vapor generado.
La energía térmica casi siempre representa el valor más alto en el consumo de los
procesos industriales, por lo que hay que prestarle una atención preferente.
El vapor es una de las formas más extendidas del consumo energético en
procesos de intercambio térmico donde pueden tomarse medidas para el ahorro,
realizando in versiones u optimizando las instalaciones en funcionamiento, actuando
sobre las cuatro partes fundamentales de la red de vapor:
a) Generación: conseguir en las calderas la mayor producción posible de vapor
por unidad de combustible, lo que requiere una combustión óptima,
reducción de las purgas y recuperación de calores residuales.
b) Transporte: conseguir minimizar las pérdidas térmicas durante el transporte,
lo que exige que la red de tuberías esté correctamente dimensionada,
correctamen te purgada y bien aislada térmicamente.
c) Utilización: regular la presión y temperatura en los intercambiadores,
mantener limpias las superficies de intercambio.
d) Retorno de condensados: recuperar todo el condensado posible, teniendo
en cuenta su alto valor térmico y su valor añadido como agua tratada.
Para optimizar el consumo de combustible hay que tener siempre presente que
el rendimiento puede cambiar, dependiendo del estado del combustible en el momento
de ser quemado, reglaje de los quemadores, porcentaje de exceso de aire, estado
de lim pieza de las superficies que intercambian calor, temperatura y grado de
humedad del aire para la combustión y tipo de funcionamiento (continuo o
intermitente), encendidos y apagados frecuentes, cargas alternativamente bajas y altas
o funcionamiento modulado.
168
Conducción de calderas y su mantenimiento
La relación vapor /combustible es un indicador preciso del correcto
funcionamiento de la caldera, con independencia del coste del combustible y del
rendimiento de la com bustión.
169
Para maximizar la relación vapor/combustible hay que tener siempre presente:
• Control de quemadores: mediante la limpieza o incluso la sustitución de las
boquillas.
• Regulación y ajuste del exceso de aire.
• Reparación de fugas.
•Instalación de economizadores o calentadores de aire.
• Mejora del aislamiento térmico.
• Control periódico de la combustión.
•Instalación de instrumentos de medida del rendimiento de la combustión.
•Instalación de equipos automáticos de control de combustión.
•Inspecciones periódicas del interior de los equipos.
• Evitar mantener calderas de reserva en presión.
• Minimizar las variaciones bruscas de la demanda de vapor.
• Hacer mantenimiento preventivo.
• Obtener los valores típicos de su funcionamiento que sirvan de referencia.
• Hacer balances de energía mediante diagramas de SANKEY u otro método similar.
• Generar y utilizar el vapor a la mínima presión posible.
• Hacer funcionar a la mayor carga las calderas más eficientes, dejando las
menos eficientes para apoyo.
• Mejorar el tratamiento del agua de alimentación, para minimizar las purgas
de la caldera.
• Reutilizar los condensados en el circuito de agua de alimentación.
• Comprobar periódicamente si hay incrustaciones o corrosiones.
• Mantener actualizados los manuales de operación.
• Dar instrucciones concretas para los operarios.
• Establecer un programa de formación continua del personal mediante
cursillos, seminarios, etc.
• Minimizar las fugas de gases en hogares presurizados.
• Minimizar las entradas de aire en hogares en depresión.
• Minimizar el soplado de las superficies de intercambio, compatible con la limpieza
de las superficies.
• Desconectar los sistemas de calefacción del proceso cuando no están en uso.
• Reducir la temperatura del equipo de calefacción de proceso cuando está en
re- serva.
• Reducir el tiempo de funcionamiento del equipo al realmente preciso.
• Desconectar o eliminar redes no utilizadas.
• Minimizar las pérdidas de carga en las válvulas de control de bombas y
compresores.
Una vez optimizada la eficiencia de la caldera mediante la realización de todas
estas acciones, las futuras inversiones de mejora energética tendrán menor coste.
manual práctico del operador de calderas
industriales
8.1.3. Otras operaciones
Además de las operaciones anteriores, maximizar la producción de vapor y
optimizar las pérdidas energéticas, se deben tener en cuenta otras operaciones
que aseguren su funcionamiento de manera constante:
• Mantener las instalaciones en condiciones seguras: la combustión lleva implícito
un riesgo de incendio y de explosión, por lo cual es de vital importancia
respetar las normas de seguridad vigentes.
• Ajustarse a un presupuesto de gasto: ya se ha dicho que las instalaciones
térmi cas suelen ir asociadas a un proceso productivo, donde hay que optimizar
el coste, de ahí la importancia de ajustarse al presupuesto asignado.
• Renovar los elementos obsoletos: ir renovando los equipos por otros más eficien
tes, siguiendo criterios económicos o de seguridad.
• Acondicionar adecuadamente los locales y naves.
8.2. MANTENIMIENTO DE LOS GENERADORES DE VAPOR
Para conseguir el máximo rendimiento y una larga duración de una caldera es de
gran utilidad seguir las normas que se analizan en cada uno de los siguientes
apartados:
8.2.1. Primera puesta en marcha
Para hacer la primera puesta en marcha de la caldera se seguirá la siguiente secuencia:
l. Contar con el personal debidamente instruido en su manejo, prohibiendo
manipu lar en ella a personas que no estén capacitadas.
2. Conectar el interruptor general, presionar el pulsador de bloqueo por falta de
tensión y presionar el temporizador horario 120 m.
3. Verificar todos y cada uno de los grifos, niveles y válvulas, comprobando su
esta do y movimientos, dejándolos en la posición correcta para su
funcionamiento.
4. Realizar un lavado de la caldera (llenándola y vaciándola totalmente con el
agua de alimentación) para eliminar de su interior los residuos que pueda
contener.
5. Hacer un llenado total de agua a la caldera, para realizar una prueba
hidráulica con el grupo eléctrico de alimentación y verificar,de este modo,
que se supera la presión de servicio, así como su perfecta estanqueidad.
6. Purgar el tanque nodriza, para eliminar el agua que pueda haber decantada.
7. El primer encendido, se efectuará MUY LENTAMENTE hasta conseguir el punto
de vaporización.
8. Una vez realizados estos pasos, se procederá a la puesta en marcha diaria.
1?0
Conducción de calderas y su mantenimiento
8.2.2. Puesta en marcha diaria
Para hacer la puesta en marcha diaria de la caldera se tendrá en cuenta:
1?1
l. En los niveles visuales de los controles automáticos, el agua deberá estar
den- tro de los márgenes de máximo y mínimo.
2. Verificar que las válvulas de todo el sistema de alimentación de agua están
abiertas.
3. Cerrar la válvula de salida general de vapor.
4. Verificar que las válvulas de purgas y de vaciado están cerradas.
5. Comprobar el funcionamiento de la bomba de alimentación de agua, en
posición manual y automática.
6. Verificar la existencia de combustible.
7. Conectar el quemador.
8. Comprobar si el humo a la salida de la chimenea no es visible, en caso
contrario, será necesario regular la entrada de aire en el quemador.
9. Cuando el vapor comience a salir por el tubo de desvaporizar,cerrar la
válvula correspondiente para que coja presión la caldera.
10.
Observar si los presostatos actúan parando el quemador,cuando el
manómetro indica la presión de trabajo.
11.
Una vez alcanzada la presión de trabajo, abrir muy lentamente la
válvula de salida de vapor a fábrica.
12.
Comprobar que con la salida de vapor a fábrica desciende la presión
y se inicia nuevamente el arranque del quemador.
13.
Hecha esta verificación, se puede considerar que la caldera queda
en régimen de marcha automática.
14.
Cuando suene la señal acústica por bloqueo del quemador, alta
presión, bajo nivel de agua o fin de temporizado, la persona encargada del
funcionamiento de la caldera subsanará de inmediato el fallo, localizándolo y
eliminando las causas que lo motivaron.
15.
En caso de que la instalación de combustible sea de fueloil se abrirá
la válvula de vapor al serpentín del tanque un poco, para que por el
tubo de retorno no salga vapor sino solamente agua y mantener
caliente el combustible en el tanque principal.
8.2.3. Purgas de la caldera
Después de la puesta en marcha diaria de la caldera y antes de dejarla en régimen
de funcionamiento, se efectuarán las siguientes purgas:
l. En los niveles visuales de agua.
2. En los controles automáticos de nivel.
3. En el de vaciado de la caldera, para desalojar los lodos acumulados en su
cuerpo inferior.
Es necesario repetir estas purgas, durante el trabajo diario, como mínimo cada
dos horas, coincidiendo con el rearme del temporizador de 120 m.
8.2.4. Apagado de caldera
Al finalizar el trabajo para hacer la parada de la caldera se procederá de la forma siguiente:
l. Apagar el quemador.
2. Hacer purgas de los controles automáticos y válvula de vaciado de la caldera.
3. No quitar el interruptor general del pupitre eléctrico, ni el de la bomba de
ali mentación de agua, ya que al enfriarse la caldera, baja su nivel y es
necesario que la bomba actúe para mantener el nivel de agua en la
posición normal de trabajo.
4. Para las instalaciones de fueloil seguir las siguientes normas:
a) Abrir la válvula de vapor al serpentín del tanque de almacenamiento para
consumir el vapor sobrante de la caldera.
b) No desconectar el mando de la resistencia eléctrica del depósito nodriza,
ya que la misma va accionada por un termostato, para mantener la
temperatura constante del combustible.
c) Abrir la válvula de desvaporizar, dejándola así hasta la siguiente puesta
en marcha.
8.2.5. Mantenimiento y conservación
Después de la primera puesta en marcha, se procederá con las siguientes fases:
l. Apretado y reajuste de todas las juntas y prensas.
2. Verificaciones diarias:
a) Comprobar el buen funcionamiento de los controles automáticos de nivel, ha
ciendo una purga prolongada, para probar el arranque y paro del grupo
moto bomba de alimentación de agua, el paro del quemador y conexión
del claxon de alarma.
b) Rearmar el pulsador de bloqueo por bajo nivel.
c) Corregir las fugas de los accesorios, colocando empaquetaduras en las pren
sas destinados a tal fin, evitando el goteo y desajuste.
d) Comprobar y limpiar la célula fotoeléctrica del quemador.
e) Verificar el paso del grifo premanómetro.
3. Verificaciones semanales:
a) Limpiar y vigilar los filtros de fueloil o gasóleo (el de la línea general y el
del quemador) para impedir que la suciedad acumulada dificulte el paso del
com bustible.
b) Limpiar el filtro anterior al grupo de alimentación de agua para evitar la
entra da de suciedades a la misma.
c) Limpiar los electrodos y el chiclé del quemador.
d) Accionar las válvulas de seguridad, para impedir que por su estado de
reposo se puedan agarrotar.
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4. Verificaciones mensuales:
a) Vigilar las acumulaciones de lodos en la parte inferior de la caldera, quitando los
tapones de registro destinados a tal fin y procediendo a la eliminación de dichos
lodos.
b) Comprobar el estado del refractario, en la parte que protege el hogar y puer tas
de cierre.
5. Verificaciones trimestrales:
a) Revisar la totalidad de la caldera, para comprobar el estado de los tubos, hogar y
cuerpo interior.
b) Revisar el tapón fusible de alma blanda y cambiarle si fuera necesario.
c) Hacer una limpieza del pupitre eléctrico y verificar las conexiones y contactores.
d) Proceder a la revisión y limpieza del hollín acumulado en los tubos de humo con
cepillo espiral, para lo cual se abrirán las puertas delantera y trasera, colocando
en las mismas antes de cerrarlas juntas nuevas.
8.2.6. Observaciones generales
En ningún caso se deberá introducir agua en la caldera cuando esta haya
desaparecido de los niveles visuales, ya que las averías y consecuencias a que
pueda dar origen el incumplimiento de este punto son extremadamente graves. Los
pasos a seguir cuando el agua no se vea en los niveles son los siguientes:
l. Apagar el fuego de la caldera.
2. Cerrar la válvula de salida general de vapor.
3. Dejar enfriar.
Para poner nuevamente en servicio la caldera se deberán seguir los siguientes pasos:
l. Comprobar si existen deformaciones en el interior de la caldera o fugas de
agua.
2. Abrir la válvula de desvaporizar.
3. Introducir agua en la caldera muy lentamente, hasta llegar al nivel normal de trabajo.
4. No vaciar nunca de agua la caldera estando con presión o todavía caliente,
pues puede dar origen a averías.
8.2.7. Características del agua de alimentación
Se debe seguir siempre las normas UNE-EN 12953-10 para calderas pirotubulares y
UNE-EN 12952-12 para calderas acuotubulares para conseguir las características del
agua de ali mentación a caldera que garantice una formación de incrustaciones y unas
purgas mínimas.
8.2.8. Contacto con el servicio de asistencia técnica del
fabricante de la caldera
El contacto permanente con el servicio técnico del fabricante es una garantía para
con sultar la resolución de problemas y averías y estar al día de futuras mejoras
tecnológicas
Conducción de calderas y su mantenimiento
8.3. MANTENIMIENTO DE LAS REDES DE VAPOR Y CONDENSADO
Un sistema completo de medida del caudal de vapor generado y de los consumos
de vapor de equipos o secciones de equipos de producción es clave para implantar
un pro grama de control y ahorro.
Una vez instalado el sistema de medición, los puntos a controlar son:
8.3.1. Purgadores de vapor
Para el correcto funcionamiento de un purgador se requiere primero que esté bien
se leccionado para la aplicación a la que va destinado y además que su
mantenimiento sea el adecuado.
Las repercusiones de una mala selección del purgador son múltiples, tener
parcial mente inundada de condensados la superficie de intercambio (esto hace el
proceso más lento), o tener desgastes elevados en el disco, cuando se trata de
purgadores termodi námicos, al sobredimensionar excesivamente el purgador,lo que
provoca fugas de vapor a través del purgador con el tiempo.
Cuando un purgador falla ocasiona una pérdida energética considerable, por
eso conviene incluir los purgadores en un programa de mantenimiento preventivo
regular.
Los sistemas de inspección que se suelen emplear para realizar un programa
de mantenimiento consisten en comprobar la temperatura de entrada del vapor y el
flujo que circula.
Los métodos más empleados para comprobar el flujo que circula a través del
purga dor son:
a) Observación mediante un estetoscopio: es la técnica más barata y fácil de utilizar.
b) Observación mediante dispositivos ultrasónicos: son análogos a los
estetosco pios, pero además tienen amplificación electrónica y son muy
útiles para hacer una inspección rápida de los purgadores.
c) Observación de las fluctuaciones de temperatura a la entrada del purgador
me diante un pirómetro: esta técnica solamente es útil en algunos tipos de
purgado res. La medida de la temperatura antes del purgador puede dar una
indicación del grado de inundación (retención del condensado) que provoca el
purgador.
d) Observación visual de la descarga a la atmósfera del purgador: es una
técnica evidente y segura, para detectar fugas de vapor cuando la descarga del
purgador es a la atmósf era. El empleo de mirillas resulta útil cuando los
purgadores des cargan a un circuito cerrado.
Como norma general, la instalación de bypass a los purgadores debe reducirse
a los estrictamente necesarios, porque si el calentamiento no es suficientemente
rápido, el operario tratará de abrir el bypass para empujar al condensado y tendrá
vapor vivo saliendo por la tubería y se perderá por el desagüe o por el tubo de
venteo del tanque de condensados.
manual práctico del operador de calderas
industriales
Conducción de calderas y su mantenimiento
8.3.2. Válvulas
Debe establecerse un programa de mantenimiento regular para empaquetar las
válvulas y reducir al mínimo las pérdidas debidas a la empaquetadura defectuosa y
las válvulas de mayor tamaño se deben abrir y cerrar periódicamente para evitar su
agarrotamiento.
8.3.3. Programa de mantenimiento de agua
Un adecuado programa de análisis y observación del sistema de tratamiento de
agua evitará daños en la instalación.
8.3.4. Instrumentación
El sistema de instrumentación constituida por los reguladores de nivel,
transmisores de parámetros y demás elementos de regulación debe comprobarse
periódicamente.
8.3.5. Aislamientos
Un mantenimiento adecuado del aislamiento de las tuberías, mediante una
inspección visual de la instalación, contribuye a la consecución de un rendimiento
óptimo de la ins talación.
Si el aislamiento está protegido, se descubrirá cada tres metros y se
observarán las partes húmedas o mojadas por la condensación o por la filtración y
las partes erosiona das o corroídas.
8.3.6. Fugas en tuberías
Las fugas en tuberías deben ser objeto de campañas de mentalización entre el
personal, resultando muy útil establecer un programa para reducirlas, porque cualquier
fuga de va por en tuberías, equipos o accesorios, representa una pérdida de energía.
Los operarios no reaccionan igual ante una fuga de vapor que de combustible; su
reacción sería distinta si la fuga dejara escapar gas natural o fueloil, pero
energéticamente, la situación es la misma.
8.3.7. Presencia de aire
Otro aspecto a destacar es la presencia de aire en las redes de vapor. La
existencia de una película de aire entre la superficie de intercambio y el vapor,
además de reducir la transmisión de calor, disminuye su temperatura. Este
problema se hace especialmente patente en las puestas en marcha de la
instalación de vapor,tras un paro de la misma.
El aire ofrece una resistencia a la transmisión de calor unas 1.500 veces mayor
que el acero al carbono o 500 veces superior al inoxidable, un film de
1milímetro de aire equivale a incrementar la superficie de intercambio en un
espesor de acero de 150 cm,
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manual práctico del operador de calderas
industriales
de ahí la importancia de eliminar el aire de la instalación usando purgadores de
aire que permiten evacuar mezclas de aire y vapor.
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manual práctico del operador de calderas
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8.3.8. Arrastres de agua con vapor
Los arrastres en las líneas de vapor son frecuentes, de ahí la presencia de equipos
sepa radores de gotas y purgadores adecuados para facilitar que el vapor se
distribuya a una temperatura ligeramente superior a la del punto de utilización
garantizando así que el vapor suministrado sea un vapor seco o recalentado, pero
nunca húmedo.
8.4. MA NTENIMIENTO DE EQUIPOS DE UTILIZACIÓ N:
CO N DENSADO R ES Y CAM BIADO R ES DE CALO R
Un intercambiador o un condensador de calor sin corrosiones, fugas y
obstrucciones en sus tubos es una unidad fiable y con buen rendimiento y evita
costes innecesarios de paradas, tratamientos químicos, etc.
Numerosos métodos son empleados para aumentar el rendimiento de estos equipos
de intercambio de calor,desde el empleo de técnicas de limpieza hasta el uso de
nuevos materiales para los tubos.
La limpieza con ácido está limitada a una vez por año y el empleo de ciertos
produc tos en base cloro se está eliminando en muchos países por problemas
medioambienta les, por eso la limpieza mecánica del haz de tubos de los
condensadores y cambiadores de calor,manual o automática, parece ser la más
extendida.
Los métodos manuales incluyen las limpiezas periódicas con adaptadores, cepillos,
pasadores y herramientas especiales.
Hay otras posibilidades de ahorro de energía en estos equipos, como mejorar
el aislamiento, control de las temperaturas de entrada y salida de ambos fluidos y
control automático de los caudales, pero lo mejor es hacer un programa de ahorro
de energía.
8.4.1. Programa de ahorro de energía
No existe un programa de ahorro de energía de aplicación universal, cada instalación
requiere un programa específico que es necesario preparar.El programa se desarrolla en varias
fases. Inicialmente las fases se suceden en orden cronológico, pero en muchas ocasiones,
antes de que se termine el análisis de la instalación se realizan aquellos ajustes y
correcciones que no ofrecen dificultad y que pueden suponer un ahorro importante. Las fases
serían las siguientes:
1 .ª fase. Designación del responsable o jefe de programa: debe ser un técnico
con atribuciones definidas para cumplir su misión, contará con personal colaborador,
presu puesto adecuado y todo tipo de datos de otros departamentos.
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Conducción de calderas y su mantenimiento
2.ª fase. Análisis de la instalación y localización de las pérdidas: consiste en el
estu dio de la distribución de la energía, el balance de energía de cada equipo y la
realización de una auditoria energética.
3.ª fase. Estudio de la causa de cada pérdida: puede desarrollarse
simultáneamente con preparación de la auditoria energética. Para ayudar a su
estudio, se recogen, como ejemplo, algunas pérdidas de las más frecuentes.
a) Pérdidas evitables mejorando el mantenimiento:
• Fugas de vapor,aire comprimido, agua, etc.
• Deficiente regulación de quemadores.
• Aislamiento térmico deficiente o en mal estado.
• Equipo en marcha cuando no es necesario.
b) Pérdidas evitables mejorando regulación y control:
•Inadecuado exceso de aire de combustión.
• Excesivas purgas en calderas.
• Averías o accidentes por protección insuficiente.
4.ª fase. Realización de las modificaciones: del estudio de las pérdidas de
energía surgen los procedimientos para evitarlas; algunos son simples ajustes o
modificaciones que no requieren inversión, pero otros requieren inversiones más o
menos importantes. En ambos casos se debe comprobar su viabilidad técnica y
económica, además de su puesta en práctica.
Los procedimientos que requieren inversión deben superar otra prueba, la del
es tudio económico, valorando el coste de la modificación y los beneficios
económicos que produce.
5.ª fase. Control energético permanente: permite obtener rápidamente los
índices energéticos más significativos y valorar las pérdidas producidas por
desviaciones del régimen óptimo. Un balance de energía conducirá a los mencionados
índices energéticos de forma rápida y sencilla.
8.5. PRIMERA PUESTA EN MARCHA
Cuando una caldera se arranca por primera vez es necesario respetar una serie de
pau tas para comprobar que lo que indica el fabricante es lo que se va a obtener y
además hacerlo tomando una serie de precauciones.
8.5.1. Precauciones iniciales
a) Asegurarse que la caldera se ha inspeccionado y tiene las autorizaciones de
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ins talación y de puesta en servicio.
b) Comprobar que en las partes en contacto con el agua y en las que van a
estar en contacto con los humos no hay personas ni objetos extraños antes
de cerrarlas.
c) Eliminar todo tipo de objetos ajenos a la caldera que se encuentren en su
interior.
d) Comprobar que la cámara de combustión y los pasos de los gases están
limpios y bien cerrados y que no hay restos de combustible.
e) Antes de introducir combustible en el hogar,comprobar que los componentes del
sistema de combustión están operativos, accionar todos los componentes
del sistema de tiro y todos los elementos del sistema de control automático
y asegu rarse que están en buenas condiciones de funcionamiento.
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manual práctico del operador de calderas
industriales
f) Antes de encender el quemador,comprobar el funcionamiento de todos los dispo
sitivos de regulación y de seguridad.
g) Comprobar que están cerradas las válvulas de purga, columnas de agua y válvu las
de drenaje de los indicadores de nivel, válvulas de toma de muestra y válvulas y
controles de agua de alimentación.
h) Comprobar que están abiertas las válvulas situadas entre la caldera y la columna de
agua, así como las válvulas de cierre de los indicadores de nivel.
i) Antes de llenar la caldera con agua, abrir las válvulas de venteo de los domos
de la caldera, sobrecalentador,válvulas de drenaje del colector del sobrecalentador o
economizador.
8.5.2. Llenado
a) Llenar la caldera con agua tratada adecuadamente, hasta el nivel de
operación mínimo recomendable o hasta el nivel indicado por el fabricante.
Llenar la caldera con agua a temperatura ambiente (no llenar con agua
excesivamente fría, siem pre que sea posible) y cerrar las conexiones de
alimentación.
b) Comprobar el manómetro principal de la caldera y que las válvulas de
seguridad están operativas.
c) Comprobar que la válvula principal de vapor no está agarrotada, mediante
unos ligeros movimientos de apertura-cierre.
d) Si las paredes del hogar tienen gran cantidad de material refractario debe
man tenerse un cierto tiempo un régimen bajo de fuego para secarlo
completamente de forma lenta y gradual. Cuando el revestimiento
refractario es nuevo, el secado puede requerir bastante tiempo.
e) Como norma general, siempre se seguirán las instrucciones del fabricante.
8.5.3. Cocción
Cuando una caldera nueva se va a poner en servicio por primera vez, hay que
someterla a una operación denominada cocción con una solución detergente alcalina,
siguiendo las instrucciones del fabricante. Un procedimiento de cocción habitualmente
empleado consiste en lo siguiente:
a) Llenar inicialmente la caldera hasta la mitad de la mirilla de cristal del nivel,
pre feriblemente con agua algo caliente.
b) Disolver completamente por cada 1.000 kg de agua contenidos en las partes a
pre sión de la caldera, 2 kg de cada uno de los siguientes reactivos:
carbonato sódi co, fosfato trisódico y sosa cáustica, e introducir esta solución
gradualmente en el agua, preferentemente a través del registro de hombre
situado en la parte superior.
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Conducción de calderas y su mantenimiento
c) Añadir un detergente sintético no espumante y estable, en una solución
fuerte mente alcalina.
d) Cerrar la caldera y encender con fuego ligero, suficiente para tener una circula ción
positiva en todas las partes de la caldera.
e) Continuar la cocción durante dos días y finalizar con la purga total de la caldera.
f) Comprobar que se ha formado magnetita en las partes férreas en contacto con el
agua y con el vapor y si no ha sido así, repetir el proceso.
8.6. PU ESTA EN SERVICIO
Una vez que se ha comprobado que la primera puesta en marcha ha sido
satisfactoria, en lo sucesivo, para hacer la puesta en servicio, las pautas a seguir
son diferentes y hay que hacerlo de una forma sistemática, siguiendo siempre las
indicaciones del fabricante.
8.6.1. Proceso de encendido del quemador
Para el proceso de encendido del quemador deben seguirse las siguientes pautas:
a) Antes de encender cualquier tipo de llama, debe hacerse un barrido o ventilación
con aire de todo el espacio del lado del fuego de la caldera, para evacuar todos
los gases combustibles que pudieran haber quedado en el circuito de humos. El
tiempo de barrido debe ser el que establezca el fabricante y suficiente para
introducir en la caldera un volumen de aire de, al menos, dos veces el
volumen del circuito de humos para combustibles sólidos o líquidos o de cuatro
veces dicho volumen si se trata de combustibles gaseosos.
b) Después del barrido se procederá a hacer el encendido del combustible
principal, que se hará de forma diferente en función de que el combustible
sea sólido, sóli do pulverizado, líquido o gaseoso.
c) El equipo de combustión no debe operar a regímenes excesivamente bajos
(pue de interrumpirse el proceso de ignición y la combustión ser incompleta)
o excesi vamente altos (podría dañarse la caldera).
Después de un paro prolongado, para la puesta en servicio se mantendrá el
fuego bajo durante una hora aproximadamente.
El período más crítico es cuando se calienta el agua hasta el punto de
ebullición, ya que la circulación es lenta e irregular y aumenta considerablemente
después de iniciarse la formación de vapor.
8.6.2. Cesión de vapor
Al elevar la presión desde la condición de frío, se debe abrir la válvula principal de
vapor lentamente.
8.6.3. Manómetros
Se debe verificar frecuentemente los manómetros de la caldera, comprobando que
siem pre estén visibles, sin agua en su interior y limpios, y haciendo
comprobaciones periódi cas con un manómetro patrón, que asegure que la medida
es correcta.
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manual práctico del operador de calderas
industriales
8.6.4. Niveles de agua
Cuando se ponga en servicio la caldera, para asegurarse una indicación correcta
de nivel, se debe purgar el agua de las columnas de agua y sustituirla por agua
caliente de la caldera.
8.6.5. Válvulas de seguridad
En todo momento, las válvulas de seguridad se deben mantener todas operativas y
en condiciones de trabajo.
8.6.6. Equipo de purga
Antes de poner la caldera en servicio, comprobar que todos los elementos de purga
de la caldera se encuentran en buenas condiciones de trabajo.
8.6.7. Espumas
Si la caldera presenta algún problema de espumas, bajar el régimen de la caldera
(bajar el caudal de combustible y el de aire), abrir la aireación del sobrecalentador y
las purgas, cerrar la salida de vapor lo necesario para determinar el verdadero nivel
de agua en la mirilla y tomar una muestra de agua de calderas para comprobar la
concentración de sales en el agua de caldera y otra del agua de alimentación para
asegurarse que está en correctas condiciones. Si no se puede corregir la anomalía,
reducir la carga hasta que el nivel de agua sea relativamente estable y,en caso
extremo, dejar la caldera fuera de servicio. Si la caldera dispone de purga
superficial, utilizarla, y si la espuma persiste, reducir el régimen de la caldera y
continuar con las purgas, alimentando con agua para mantener el nivel. Si el
problema persiste, poner la caldera fuera de servicio.
8.6.8. Purgas de lodos
Se debe comprobar el correcto funcionamiento de la válvula de interrupción y la de
aper tura rápida por palanca o hacer lo mismo si la válvula es mixta de cierre y
descarga rápida.
8.7. PUESTA FUERA DE SERVICIO
Para poner fuera de servicio una caldera hay que llevar a cabo tres operaciones,
parada, vaciado y limpieza, de la forma que se indica a continuación:
8.7.1. Parada
Se debe comenzar por bajar la presión de la caldera, siguiendo con el corte del
sumi nistro de combustible al quemador, aunque debe mantenerse la combustión
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Conducción de calderas y su mantenimiento
un cierto tiempo para que no quede combustible remanente en el hogar, dejando
que se enfríe el
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refractario y la caldera en su conjunto, y finalmente se debe abrir la válvula de
aireación para evitar la formación de vacío en el interior de la caldera. En todas
estas operaciones hay que seguir las recomendaciones del fabricante.
8.7.2. Vaciado
Hay que dejar enfriar el refractario hasta que la temperatura del agua de la caldera
sea inferior a unos 90 ºC aproximadamente, entonces se procede al vaciado. Si la
caldera que se va a vaciar está en batería con otras, hay que asegurarse de que
solamente se abren las válvulas de purga correspondientes a la caldera en
cuestión. Con la caldera vacía se debe cerrar las válvulas de purga y abrir los
registros de boca de hombre y,sí es necesario, las tapas de otras aberturas.
8.7.3. Limpieza
Se debe limpiar las acumulaciones de escoria u hollín una vez esté la caldera fría,
evitan do inyectar agua por debajo de los depósitos grandes de hollín porque podría
producirse una explosión.
Hay que asegurarse que los quemadores están parados, ventilar la zona de
humos para eliminar la presencia de gases inflamables y comprobar que las
válvulas principa les, las de purga, las del agua de alimentación y las demás
válvulas están cerradas y bloqueadas.
Si la caldera va a estar fuera de servicio durante un período largo, hay que
seguir las instrucciones de conservación en paro prolongado.
8.8. CAUSAS QUE HACEN AUMENTAR O DISMINUIR LA PRESIÓN
Asumiendo que el diseño y la fabricación de la caldera son los correctos y que sus
ele mentos y demás accesorios funcionan adecuadamente, los eventuales aumentos o
dis minuciones de presión que se produzcan en la caldera pueden deberse a
alguna de las causas siguientes:
a) Fugas en válvulas, juntas, etc.
b) Excesiva presión en el agua de alimentación en calderas de vapor.
c) Un bajo caudal del fluido caloportante en calderas de agua sobrecalentada,
sobre- calentadores, recalentadores y calderas de fluido térmico de circulación
forzada.
d) Alteraciones de presión del combustible, en las calderas con combustibles líquidos.
e) Fallos del aire de combustión.
f) Fallos mecánicos, como mal funcionamiento de las válvulas de seguridad, entre
otras causas.
En general, el operador de caldera tratará de determinar cuáles son las causas
de
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las oscilaciones de la presión, subsanarlas si puede y,en caso extremo, poner la
caldera fuera de servicio.
8.9. VARIACIO N ES DE NIVEL EN LA CALDERA
Mantener constantemente el nivel de agua en la caldera en el valor correcto es
prioritario para que la operación sea eficiente y segura. Ello comporta las siguientes
consideraciones:
a) Debe compararse las lecturas de los elementos de medida de nivel de agua
por métodos diferentes, si están disponibles, para detectar lecturas
contradictorias o diferentes.
b) En los cambios de turno, el operador debe asegurarse que las válvulas
situadas entre la caldera y los indicadores de nivel se encuentran abiertas.
c) Vigilar las fugas de vapor o de agua en la columna de agua porque
provocarán un falso nivel.
d) Los extremos de las salidas de las tuberías de drenaje de la columna de
agua, mirilla de cristal y válvula de purga permanecerán a la vista del
operador de la caldera y abiertos.
e) Si las causas del descenso de nivel son a consecuencia de las condiciones
de operación, a menos que se conozca con certeza el origen de estas
causas, no debe variarse el caudal de agua de alimentación, ni la posición
de las válvulas de salida de vapor,ni hacer cambios bruscos en la operación
de la caldera.
f) Cuando se observa un descenso brusco en el indicador del nivel de agua,
pue de que el caudal de agua de alimentación no sea el adecuado (por
fallo en la bomba de alimentación o en las válvulas, o por alguna
obstrucción de la tubería de alimentación), o que el indicador de nivel está
mal (rotura, fugas, etc.). Si la situación lo permite (por seguridad) se debe
revisar toda la línea de alimentación, incluidas las bombas, las válvulas y
otros accesorios y, en caso contrario, debe procederse a la puesta fuera de
servicio de la caldera.
8.10.
CO M U NICACIÓ N O IN CO M U NICACIÓ N DE U N
A CALDERA CO N OTRAS
Para comunicar varias calderas mediante un colector común hay que tener en
cuenta ciertas precauciones para evitar golpes de ariete y variaciones de temperatura
excesivos en la tubería, para lo cual hay que drenar el condensado que se haya
podido formar y pre calentar adecuadamente dicha tubería, mediante válvulas de
bypass del colector.Cuando en la tubería se ha alcanzado la temperatura y la presión
de la línea de vapor, se debe abrir lentamente la válvula principal de entrada del
colector y cerrar la válvula de bypass. Si las calderas son de diferentes presiones
de trabajo permitidas y están conecta
das a un mismo colector de vapor, debe ajustarse la válvula de seguridad a una
presión tal que permita abrir a la presión de la caldera de menor presión. Como
norma general conviene tener en cuenta:
• En instalaciones de calderas intercomunicadas que operan a presiones de vapor
diferentes, las calderas de menor presión dispondrán de válvulas de
retención.
• Los colectores de vapor de baja presión y sus ramales deben protegerse con
vál vulas de seguridad.
• Las válvulas de seguridad instaladas en colectores estarán conectadas
directa mente a dicho colector sin válvulas intermedias.
• Para incomunicar una caldera conectada a un colector común con otras
calderas se debe seguir los mismos pasos que en la comunicación, pero en
sentido inverso.
8.11.
R EVISIO N ES Y LIM PIEZAS PERIÓ DICAS
Para hacer las revisiones y limpiezas periódicas de las calderas, se debe seguir las
ins trucciones del fabricante, ya que según la ITCIP- Calderas, el fabricante está
obligado e entregar al usuario de la caldera un libro de instrucciones concernientes,
entre otros puntos, a los "trabajos de mantenimiento y frecuencia de los mismos".
También es conveniente que el personal esté involucrado en la operación, revise pe
riódicamente el funcionamiento y las condiciones en que se encuentra la caldera,
infor mando de cualquier defecto serio, condiciones dudosas o situaciones anormales
que de tecte. Si se realiza una reparación importante, se deberá realizar una prueba
hidrostática.
Los conceptos a tener en cuenta en una revisión son los siguientes:
• Alineación de la caldera.
• Existencia de corrosión.
• Existencia de fugas.
• Válvulas de seguridad.
•Indicadores de nivel, válvulas, alarmas, purgas, etc.
• Posible erosión en los tubos de la caldera.
• Posibles grietas.
Debe marcarse un plan de revisiones periódicas a realizar por el personal
encar gado de la conducción de una caldera y del servicio de mantenimiento, con
frecuencias diaria, semanal, mensual, semestral y anual, marcando en cada caso
las actividades a realizar.
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Cuando una caldera se pare por un período de tiempo prolongado, debe limpiarse
por dentro antes de ponerse nuevamente en servicio. Si hay incrustaciones y
corrosiones que no se eliminen por simple lavado debe procederse a hacer una
limpieza química interna.
Una vez parada la caldera, se dejará que se enfríe y posteriormente se
procederá al vaciado y lavado. Con la caldera puesta fuera de servicio se hará una
inspección para determinar las reparaciones, limpieza química o mecánica a
realizar,si se requiere, y se decidirá si la conservación es en estado seco o en
estado húmedo.
8.12.1. Conservación húmeda
Este tipo de conservación se hace cuando la caldera va a estar fuera de servicio
por un período corto de tiempo o puede ponerse en servicio de forma repentina.
Este procedi miento no debe utilizarse en recalentadores, ni en calderas instaladas
en lugares donde pueda alcanzarse temperaturas bajo cero.
El procedimiento consiste en: una vez vaciada, limpiada y cerrada la caldera, llenar
la a tope con condensado o con agua de alimentación, pero siempre añadiendo
aditivos químicos (sosa cáustica y sulfito sódico) y mantener una presión en su
interior algo ma yor que la atmosférica durante todo el período de conservación,
para que no entre aire exterior,para evitar la corrosión.
8.12.2. Conservación seca
Este tipo de conservación se hace cuando la caldera va a estar fuera de servicio
durante un período largo de tiempo. Este procedimiento, en contraposición con el
anterior, sí está indicado para recalentadores y para calderas instaladas en lugares
donde puedan alcanzarse temperaturas bajo cero.
El procedimiento consiste en: una vez limpia la caldera, debe secarse perfecta
mente, para minimizar la corrosión, evitando la entrada de humedad. Para ello,
pueden colocarse, en el interior, absorbentes de humedad (gel de sílice) y cerrar
las bocas de hombre y las conexiones de la caldera. Además deben hacerse
inspecciones regulares del interior de la caldera para comprobar la necesidad de
renovar los absorbentes in troducidos o el estado de las superficies. También se
recurre a circular aire seco por el interior de la caldera.
8.13. REVISIÓN DE AVERÍAS
De forma habitual, el operador de calderas es el que detecta las anomalías de
funciona miento normal de la caldera y el que suele localizar un gran número de
averías, actuando sobre las causas que las motivan, subsanándolas en ciertas
ocasiones, o transmitiendo al servicio de mantenimiento el resto de los casos.
Las averías más frecuentes que se presentan están relacionadas con la
alimentación eléctrica de los equipos, la regulación automática, el equipo de
combustión, la alimenta ción o el tratamiento de agua, etc.
Si la avería está relacionada con una presión anormalmente elevada, nivel bajo
de agua, deformaciones mecánicas o calentamientos excesivos, se debe dejar la
caldera fuera de servicio.
El fabricante de la caldera proporciona un listado de las averías más frecuentes y
sus posibles causas, facilitando la localización de estas de una forma sistematizada.
Las averías son muy variadas, a modo de ejemplo se citan algunos casos que
pueden presentarse:
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a) El quemador no arranca.
b) El quemador arranca pero se para porque el dispositivo de seguridad
desconecta la corriente eléctrica.
c) El quemador no para.
d) El fuego se extingue mientras funciona el quemador.
e) Los fusibles se funden.
f) La combustión es defectuosa.
g) No se alcanza la presión de consigna del vapor.
h) El vapor generado es húmedo.
i) Hay oxidación localizada en el interior de la caldera.
Como norma general, para cada uno de estos problemas hay que hacer un análi
sis exhaustivo, porque, normalmente, puede haber más de una causa que lo ocasionen.
Para facilitar la compresión de cómo hacer este análisis, a continuación se muestran
dos
ejemplos.
T-
.....-:,-,
.•
Ejemplo 8.1.
1111
Al ir a poner en marcha la caldera se observa que no arrancan el quemador y el
ventilador de alimentación del aire de la combustión.
Las posibles causas que pueden estar ocasionando el problema son: el nivel de agua
en la caldera es bajo, no llega corriente eléctrica al cuadro de alimentación de moto
res y tampoco al pupitre de mandos, por haber saltado el relé térmico, etc.
Una vez listadas las causas posibles, hay que verificar, una por una, hasta encontrar
la verdadera causa que está ocasionando la avería y corregirla.
-T-
1111
Ejemplo 8.2.
La caldera que está produciendo un vapor húmedo, como consecuencia de una defi
ciente regulación del nivel de líquido, que a su vez provoca arrastres de líquido con
el vapor. Este vapor alimenta a una turbina de vapor.
El líquido arrastrado lleva incrustantes y gotas al vapor. Este es un caso real en
el que los incrustantes taponaron la malla del filtro antigotas de protección a la
turbina, haciendo implosionar dicho filtro y consecuentemente dejando pasar agua
hacia la turbina de vapor. La Figura 8.1 muestra el estado del filtro antigota de
protección de la turbina de vapor de una instalación de cogeneración.
manual práctico del operador de calderas
industriales
Figura 8.1. Estado del filtro a ntigota de protección de la turbina de vapor.
Al dejar pasar líquido con el vapor a la turbina, el rodete, que giraba a 15.000 r.p.m.
se desequilibró y las consecuencias fueron catastróficas para la misma, quedando en
un estado inser vible, con importantes pérdidas económicas.
Como se puede observar, las averías a veces también se produ cen en elementos ane
jos a la caldera, como consecuencia de un mal funcionamiento de la misma.
186
••
En esta unidad se hace una breve historia de la evolución de la normativa legal, desde la
aparición del primer reglamento en 1979, hasta el actualmente en vigor publicado en el año
2008. Además, se ha creído conveniente transcribir un extracto del BOE del reglamento, en lo
referente a calderas, tanto del reglamento como de laInstrucción Técnica Complementaria, así
como del artículo 9 del RD 769/1999, por ser citado en numerosas ocasiones en el reglamento de
equipos a presión, para que sirva de guía y de consulta a todo el personal implicado en la
conducción y mantenimiento de la caldera y sus instalaciones anejas.
Contenidos
9.1. ntroducción
9.2.Clasificación de los equipos a presión: Artículo 9 del RD 769/1999, de 7 de mayo
9.3.Reglamento de equipos a presión: ITC EP-1- Calderas
manual práctico del operador de calderas
industriales
9.1. INTRO DU CCIÓ N
Por el Reglamento de aparatos a presión, aprobado por el Real Decreto 1244/1979,
de 4 de abril, se regularon todos los aspectos a tener en cuenta en relación con el
diseño, fabricación, reparación, modificación e inspecciones periódicas de los aparatos
someti dos a presión.
La Comunidad Económica Europea y posteriormente la Unión Europea han venido a
dictar directivas de aplicación sobre determinados equipos o aparatos a presión que
han modificado el Reglamento de aparatos a presión aprobado en 1979. Así,el Real
Decreto 473/1988, de 30 de marzo, transpuso la Directiva 76/767/CEE sobre
aparatos a presión; el Real Decreto 1495/1991, de 11 de octubre y el Real
Decreto 2486/1994, de 23 de diciembre, las Directivas 87/404/CEE, 90/488/CEE y
93/465/CE sobre recipientes a pre sión simples; el Real Decreto 2549/1994, de 29
de diciembre, las Directivas 75/324/CEE y 94/1 /CEE sobre generadores de
aerosoles; el Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, la Directiva 97/23 /CE, relativa
a los equipos a presión, estableciendo nuevos criterios para el diseño, fabricación y
evaluación de la conformidad y el Real Decreto 222/2001, de 2 de marzo, junto con
la Orden CTE/2723/2002, de 28 de octubre y el Real Decreto 2097/2004, de 22 de
octubre, las Directivas 1999/36/CE, 2001/2/CE y 2002/50/CE, so bre equipos a
presión transportables.
Por otra parte, en la actualidad, teniendo en cuenta la experiencia adquirida con
la aplicación de toda esa normativa, parece necesario abordar la actualización y revisión
de la regulación de los equipos a presión.
El tiempo transcurrido desde la publicación del referido Reglamento de
aparatos a presión, la experiencia adquirida en su aplicación y los nuevos criterios
establecidos por las transposiciones de las directivas, hacen necesario actualizar y
revisar los requisitos del citado Reglamento.
Por el presente Real Decreto se aprueba un nuevo reglamento por el que se
es tablecen los requisitos para la instalación, puesta en servicio, inspecciones
periódicas, reparaciones y modificaciones de los equipos a presión, con presión
máxima admisible superior a 0,5 bares, entendiéndose como tales los aparatos,
equipos a presión, con juntos, tuberías, recipientes a presión simples o
transportables. Además, se aprueban instrucciones técnicas complementarias para
determinados equipos o instalaciones. Las personas físicas extranjeras que puedan
resultar implicadas directa o indirectamente por el contenido de este Real Decreto,
deberán cumplir la normativa vigente en materia de extranjería e inmigración y,en
particular,en lo relativo al desarrollo y ejercicio de activi dades empresariales,
laborales, económicas o profesionales.
El reglamento que ahora se aprueba complementa la legislación de equipos a
presión prevista en el Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, por el que se dictan las
188
Reglamento de equipos a presión
disposicio nes de aplicación de la Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo,
97/23/CE, rela tiva a los equipos a presión y se modifica el Real Decreto 1244/1979,
de 4 de abril, que
189
aprobó el Reglamento de aparatos a presión. El citado Real Decreto, únicamente regula
los requisitos para el diseño, fabricación y certificación de la conformidad de los
equipos a presión.
El Real Decreto 2060/2008 por el que se aprueba el Reglamento de equipos a
pre sión (REP) publicado en el BOE n.º 31 del 05-02-2009, que incluye las
nstrucciones téc nicas complementarias - ITC EPl a EP6, deroga el Reglamento de
aparatos a presión del año 1979 y las respectivas ITC publicadas posteriormente.
El actual REP complementa la legislación de equipos a presión prevista en el
Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, por el que se dictan las disposiciones de
aplicación de la Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo 97/23 /CE, relativa
a los equipos a presión. Esta evolución de la normativa se resume en la Figura 9.1.
Reglamento de aparatos a presión
RD
RD 1244/1979
473/1988 CE
--•-
8
._....R.(_AD_P2-s4i8m61p_1l9e_9s_4)
,i--•::.
\_J
_ Aerosoles
\_J
......R_ D 25_4_9/1_99_4 ,i--•O
RD 769/1999
Nuevo sello CE
V
1---•
_R_o_2_22_1_20_01 --••
8
Reglamento de equipos a presión
RD 2060/2008
Figura 9.1. Evolución de la normativa legal.
manual práctico del operador de calderas
industriales
El Reglamento de equipos a presión comprende 4 capítulos con 15 artículos y 4
ane xos: constituye el objetivo de este reglamento el establecimiento de las normas
y crite rios de seguridad para la adecuada utilización.
Capítulo I. Disposiciones generales. Artículos 1y 2.
Capítulo II.Instalación y puesta en servicio. Artículos 3, 4 y 5.
Capítulo III. nspecciones periódicas, reparaciones y modificaciones.
Artículos 6, 7 y 8.
Capítulo V. Otras disposiciones. Artículos 9, 10, 11,12, 13, 14 y
Anexo I. 15. Empresas instaladoras y reparadoras de equipos a
Anexo II. presión.
Requisitos para la instalación y puesta en servicio de instalaciones.
Anexo II. Inspecciones periódicas.
Anexo V. Documentos para instalación, inspecciones periódicas, reparación
y modificación.
De las ITC la referente a CALDERAS es la EP 1, que consta de 6 capítulos con
15 artículos y 4 anexos:
Capítulo I. Ámbito de aplicaciones y definiciones. Artículos 1y
2. Capítulo II.Instalación y puesta en servicio. Artículos 3, 4, 5, 6,7 y
8.
Capítulo III. nspecciones periódicas, reparaciones y modificaciones. Artículos 9, 10 y 11.
Capítulo V. Otras disposiciones. Artículos 12 y 13.
Capítulo V. Calderas de recuperación de lejías negras. Artículo
14. Capítulo VI. Normas. Artículo 15.
Anexo I. Inspecciones y pruebas periódicas de calderas.
Anexo II. Operadores industriales de calderas.
Anexo II. Libro de la instalación.
Anexo V. Normas UNE.
Cabe destacar que el actual Reglamento de equipos a presión y su ITC EP-1
hacen mención en cuantiosas ocasiones al artículo 9 del Real Decreto 769/1999,
de 7 de mayo, por lo que se ha creído conveniente extractar la parte concerniente
al REP referido.
9.2. CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS A PRESIÓN:ARTÍCULO
9 DEL RD 769/1999, DE 7 DE MAYO
1. Los equipos a presión contemplados en el apartado 1del artículo 3 se clasificarán
por categorías, conforme al anexo II, en función del grado creciente de peligrosidad.
A efectos de dicha clasificación, los fluidos se dividirán en dos grupos conforme a
los apartados 2.1y 2.2.
2. Tipos de fluidos.
190
Reglamento de equipos a presión
2.1. En el grupo 1se incluyen los fluidos peligrosos, definidos como:
Explosivos.
Extremadamente inflamables.
Fácilmente inflamables.
191
Inflamables (cuando la temperatura máxima admisible se sitúa a una temperatura
superior al punto de inflamación).
Muy tóxicos.
Tóxicos.
Comburentes.
2.2. En el grupo 2 se incluyen todos los demás fluidos no contemplados en el "apar tado
2.1".
3. Cuando un recipiente esté formado por varias cámaras, el recipiente se clasificará en la categoría
más alta de cada cámara individual. Cuando una cámara contenga varios fluidos, la
clasificación se realizará en función del fluido que requiere la categoría de mayor riesgo.
En el Anexo Idel Real Decreto 769/1999 del 7 de mayo, en su apartado "3.2.2. Prue
ba", se indica que la verificación final de los equipos a presión deberá incluir una
prueba de resistencia a la presión que normalmente se realizará en forma de una
prueba de presión hidrostática a una presión al menos igual, cuando proceda, al
valor establecido en el apartado 7.4
En dicho apartado "7.4 Presión de prueba hidrostática", se indica que para los
re cipientes a presión, la presión de prueba hidrostática contemplada en el
apartado 3.2.2 deberá ser,como mínimo, igual al más elevado de los dos valores
siguientes:
• La presión Pms de la instalación multiplicada por 1,43, o
• La presión Pms de la instalación multiplicada por un factor que tenga en
cuenta la mayor resistencia de los materiales a la temperatura de prueba
respecto a la temperatura Tms y multiplicada así mismo por 1,25.
No obstante lo anterior, en ningún caso podrá superarse la presión de prueba
que corresponda a cada equipo a presión.
Las categorías conforme al Anexo IIse definen a partir de la Figura 9.2.
PS
Donde:
PS (presión máxima admisible): definida como "la presión máxima
para la que esté diseñado elequipo, especificada por el fabricante".
deberá ser superior a 0,5 bar.
V (volumen): definido como "el volumen interno de una cámara,
incluido el volumen de las tubuladuras hasta la primera conexión
o soldadura y excluido el volumen de los elementos internos
permanentes", deberá ser superior a 2 litros.
(bar)
10000
@
1000
PS = 1000
200
PS = 200
®
-
100
11
>
10
Apa rtado 3
del articulo 3
0, 1
10
100
1 000
10000
V(I)
Figura 9.2. Ábaco de cálculo.
Así mismo, otras indicaciones importantes que constan en las Disposiciones
Genera les del RD 2060/2008 que aprueba el REP hacen referencia a:
Las personas físicas extranjeras que puedan resultar implicadas directa o
indirec tamente por el contenido de este Real Decreto deberán cumplir la normativa
vigente en materia de extranjería e inmigración y,en particular,en lo relativo al
desarrollo y ejercicio de actividades empresariales, laborales, económicas o
profesionales.
Las prescripciones de este Reglamento y susInstrucciones técnicas complementa rias
se aplicarán sin perjuicio de las disposiciones establecidas en la normativa de la ley
de prevención de riesgos laborales.
También se especifica cómo afecta a las instalaciones anteriores a la publicación de
este REP.
En cuanto a la formación obligatoria del personal encargado de conducir las
calderas específicas:
Disposición transitoria cuarta. Carnés de operador industrial de calderas.
• Los carnés de operador industrial de calderas que cumplan con las
condiciones que establecía el anterior Reglamento de aparatos a presión,
aprobado por Real Decreto 1244/1979, de 4 de abril, y expedidos con
anterioridad a la entrada en vigor del Reglamento que se aprueba por el
presente Real Decreto, seguirán te niendo validez.
• Los establecimientos con instalaciones de calderas que por la anterior ITC
MIE AP-1 no requerían de carné de operador industrial de calderas y para las
que se requiere por la presente ITC EP-1 del Reglamento de equipos a
presión, dis pondrán de un plazo de tres años para acreditar la capacitación
del personal de operación de la instalación.
A estos efectos, los operadores con experiencia demostrada en el manejo de
calderas en los dos años anteriores a la entrada en vigor del presente Real Decreto
podrán obtener el carné, previa superación de un curso de capacitación, impartido por
entidades autoriza das por el órgano competente de la Comunidad Autónoma, de una
duración mínima de 20 horas. Y además cumplir las condiciones exigidas en el artículo
13.3 de la ITC EP-1.
9.3. REGLAMENTO DE EQUIPOS A PRESIÓN. ITC EP-1 - CALDERAS
El Reglamento de equipos a presión engloba a todos los equipos que trabajan a
presión, pero como este libro solo hace referencia a las calderas se ha extractado
la parte del reglamento referido a calderas y la ITC EP-1 - Calderas.
9.3.1. Reglamento de equipos a presión (extracto referido
solamente a calderas)
Artículo único. Aprobación del Reglamento de equipos a presión y las nstrucciones
técnicas complementarias EP-1 a EP-6.
Reglamento de equipos a presión
l. Se aprueba el Reglamento de equipos a presión, que se inserta a continuación.
Así mismo, se aprueban las nstrucciones técnicas complementarias ITC EP-1 sobre
calderas, ITC EP-2 sobre centrales generadoras de energía eléctrica, ITC EP-3 sobre
efine rías y plantas petroquímicas, ITC EP-4 sobre depósitos criogénicos, ITC EP-5
sobre botellas de equipos respiratorios autónomos y la ITC EP-6 sobre recipientes a
presión transporta bles, que se insertan tras dicho Reglamento.
Las prescripciones de este Reglamento y susInstrucciones técnicas complementa rias
(ITC) se aplicarán sin perjuicio de las disposiciones establecidas en la normativa de
prevención de riesgos laborales.
Disposición adicional primera. Equipos a presión existentes.
1. Equipos a presión no sujetos a lo establecido en el Real Decreto 769/1999, de 7 de
mayo, por el que se dictan las disposiciones de aplicación de la Directiva del Parla
mento Europeo y del Consejo, 97/23 /CE, relativa a los equipos de presión y se
modifica el Real Decreto 1244/1979, de 4 de abril, que aprobó el vigente
Reglamento de aparatos a presión.
a) Los equipos a presión (aparatos a presión, recipientes a presión simples, equipos a
presión, conjuntos, las tuberías y los recipientes a presión transportables que se
utili cen de forma permanente en instalaciones fijas) con presión máxima admisible
superior a 0,5 bares cuya instalación y puesta en servicio se hubiese efectuado con
anterioridad a la entrada en vigor del presente Real Decreto, seguirán rigiéndose por
las prescripciones técnicas que les fueron de aplicación en el momento de su puesta
en servicio.
No obstante lo anterior,a los efectos de aplicación de las prescripciones del
Regla mento de equipos a presión, estos equipos se asimilarán a las categorías Ia V a
que se refieren el artículo 9 y anexo IIdel Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, o a los
equipos y/o conjuntos a los que se refiere el artículo 3.3 de dicho Real Decreto.
b) Las inspecciones periódicas de los equipos a presión del epígrafe a) que se asimi len a
las categorías Ia V se realizarán de acuerdo con lo que se establece en el artículo 6 del
Reglamento de equipos a presión y,en su caso, la correspondiente ITC.
A estos efectos, deberán colocar la placa de inspecciones periódicas indicada
en el anexo IIdel Reglamento de equipos a presión, considerando como fecha de partida
para contabilizar los plazos:
Inspecciones de nivel A y B: la de entrada en vigor del presente Real Decreto.
Inspecciones de nivel C:
En caso de que se haya realizado alguna inspección periódica con prueba
hidrostá tica, realizarán la prueba cuando le corresponda el vencimiento del plazo
otorgado en la última inspección periódica. La siguiente se realizará según los
plazos indicados en el anexo IIIdel Reglamento de equipos a presión.
manual práctico del operador de calderas
industriales
En caso de no haber realizado ninguna inspección periódica con prueba
hidrostática, se atenderá a los nuevos plazos indicados en el anexo IIIdel Reglamento
de equipos a presión contados desde la fecha de fabricación o instalación.
La presión de prueba hidrostática a la que deban realizarse las inspecciones de
nivel C será la correspondiente a la que le sea de aplicación de acuerdo con las
condiciones con las que fueron fabricados y el reglamento que les era de
aplicación en el momento de su puesta en servicio.
c) Los equipos a presión, que por aplicación del anterior apartado a) se
asimilen al artículo 3.3 del Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, o que
estando en el campo de aplicación de los Reales Decretos que se citan
en el artículo 1.3.6 del Real Decreto anteriormente citado, se asimilen a la
categoríaI,deberán cumplir las obligaciones que establece el artículo 9 del
Reglamento de equipos a presión. No estarán sujetos a las inspecciones
periódicas indicadas en la reglamentación que les era de aplicación en el
momento de su instalación.
d) Para los equipos a presión no afectados anteriormente por el Real Decreto
1244/1979, de 4 de abril, por el que se aprobó el vigente Reglamento de
aparatos a presión o alguna de sus ITC, que por aplicación del anterior
epígrafe a) se asimilen a alguna de las categorías Ia V a que se refiere el
artículo 9 y anexo IIdel Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, y deban
someterse a inspecciones periódicas, deberán considerar como fecha de
partida para contabilizar los plazos la de entrada en vigor del presente Real
Decreto.
e) La instalación y puesta en servicio por el cambio de emplazamiento de los
equi pos a presión del epígrafe a) que se asimilen a las categorías Ia V del
Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, se realizará de acuerdo con lo
dispuesto en los artículos 4 y 5 del Reglamento de equipos a presión y,en
su caso, la correspondiente ITC.
f) La reparación de los equipos a presión del epígrafe a) que se asimilen a
las catego ríasIa V a que se refieren el artículo 9 y el anexo IIdel Real
Decreto 769/1999, de 7 de mayo, se realizará de acuerdo con lo indicado en
el artículo 7 del Reglamento de equipos a presión y,en su caso, la
correspondiente ITC, considerando sus condiciones originales de diseño y
fabricación.
g) Para modificar de forma importante un equipo a presión del epígrafe a)
que se asimile a las categorías Ia V a que se refieren el artículo 9 y el anexo
IIdel Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, será necesario la
presentación, ante el órgano com petente de la Comunidad Autónoma, de
un proyecto técnico firmado por un técnico competente y visado por el
correspondiente colegio oficial, en el que se justifiquen los cálculos de
resistencia mecánica y los accesorios de seguridad adoptados, junto con los
correspondientes planos. Este proyecto deberá acompañarse de un
197
certificado de con formidad emitido por un organismo de control
autorizado.
Tras la ejecución de la modificación deberá emitirse un certificado de dirección
téc nica por un técnico titulado competente y visado por el correspondiente colegio
oficial.
En caso que la modificación no sea considerada como importante de acuerdo con
los criterios del artículo 8 del Reglamento de equipos a presión o de la
correspondiente ITC, se cumplirán los requisitos indicados para las reparaciones en
el artículo 7 del mismo Reglamento.
19'-I
No tendrán la consideración de modificaciones las indicadas en el artículo 8.3
del Reglamento de equipos a presión.
En cualquier caso, los nuevos elementos que se incorporen en el equipo a
presión deberán cumplir con lo establecido en el Real Decreto 769/1999, de 7 de
mayo.
h) Los aparatos a presión por aplicación de lo dispuesto en el Reglamento de apara
tos a presión aprobado por Real Decreto 1244/1979, de 4 de abril, o en el
Reglamento de recipientes a presión, aprobado por Decreto 2443 /1969, de 16 de
agosto, cuenten con placas de diseño, de instalación o de timbre de acuerdo con
dichas disposiciones, mantendrán dichas placas a la entrada en vigor del presente
Real Decreto, debiendo co locar la placa indicada en el anexo IIdel Reglamento de
equipos a presión en la primera inspección periódica que se realice. En este último
caso, la primera fecha a indicar en la citada placa será la de la realización de esta
inspección.
i) Los usuarios de los equipos a presión del epígrafe a) deberán cumplir los requisi
tos indicados en el artículo 9 del Reglamento de equipos a presión.
2. Equipos a presión que cumplen con lo establecido en el Real Decreto 769/1999, de
7 de mayo.
Estos equipos a presión deberán cumplir los requisitos del capítulo III, V y,
en su caso, del capítulo IIdel Reglamento de equipos a presión.
Estos equipos a presión que a la entrada en vigor de este Real Decreto hayan
sido puestos en servicio se los colocará la placa de instalación e inspecciones
periódicas, in dicada en el anexo IIdel Reglamento de equipos a presión, cuando realicen
la correspon diente inspección periódica de nivel B o C, indicada en el anexo IIIde este
Reglamento.
Disposición adicional segunda. Equipos a presión usados procedentes de
otro Estado miembro de la Unión Europea o asimilados.
1. Para poder utilizar los equipos a presión usados, no sujetos a lo establecido en el
Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, o a lo dispuesto en el Real Decreto
1495/1991, de 11 de octubre, por el que se dictan disposiciones de aplicación de
la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas 87/404/CEE, sobre recipientes
a presión simples, y que procedan de un Estado miembro de la Unión Europea, así como
de Turquía o hayan sido fabricados legalmente en un Estado de la Asociación
Europea de Libre Comercio (AELC) parte contratante del Acuerdo sobre el Espacio
Económico Europeo (EEE), deberá acreditarse ante el órgano competente de la
Comunidad Autónoma en que se instalen lo siguiente:
Proyecto de diseño firmado por técnico titulado competente y visado por el
corres pondiente colegio oficial.
Documentación de fabricación del equipo a presión, en la que se incluya el
certificado de construcción, de conformidad con la reglamentación aplicable en el
Estado de origen.
Certificado de realización de una inspección periódica de nivel C.
Certificado de conformidad de un organismo de control autorizado en el que se
indi que que el equipo es seguro.
2. Los equipos a presión usados que cumplan lo establecido en el Real
Decreto 769/1999, de 7 de mayo, por el que se dictan las disposiciones de
aplicación de la Direc tiva del Parlamento Europeo y del Consejo,
97/23/CE, relativa a los equipos de presión o en el Real Decreto
1495/1991,de 11de octubre, por el que se dictan las disposiciones comunes
de aplicación de la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas
87/404/ CEE, sobre recipientes a presión simples, podrán ser instalados o
utilizados de acuerdo con lo establecido en el Reglamento de equipos a
presión, que se aprueba por este Real Decreto, debiendo realizarse
previamente una inspección de nivel C.
Disposición adicional tercera. Equipos a presión usados procedentes de países
no pertenecientes a la Unión Europea o asimilados.
Los equipos a presión usados que procedan de países que no sean de
aquellos a los que se refiere la disposición adicional segunda deberán disponer, en
su caso, del marcado CE de acuerdo con lo establecido en el Real Decreto
769/1999, de 7 de mayo, y para su utilización habrán de cumplir los requisitos del
Reglamento de equipos a presión. No obstante lo anterior,los equipos a presión a
que se refiere el artículo 3.3 del Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, deberán
disponer de una declaración del importador en la que se indique el cumplimiento de lo
dispuesto en el citado Real Decreto y,asimismo, que se han diseñado y fabricado
de conformidad con las buenas prácticas de ingeniería de un Estado miembro de la
Unión Europea (selección de materiales, procedimientos de soldadura,
homologación de soldadores, etc.) a fin de garantizar la seguridad en su
utilización.
Disposición transitoria primera. Organismos de control autorizados con anteriori
dad a la entrada en vigor de este Real Decreto.
Los organismos de control autorizados de acuerdo con lo previsto en el Reglamento
de Aparatos a Presión, aprobado por Real Decreto 1244/1979, de 4 de abril,
podrán continuar desarrollando las actividades para las que están autorizados
durante el plazo de dieciocho meses, a contar desde la fecha de entrada en vigor
de este Real Decreto.
Transcurrido dicho plazo, dichos organismos deberán estar acreditados y autoriza
dos con arreglo a la nueva normativa que se aprueba por este Real Decreto y,en su
caso, a sus normas de desarrollo.
Disposición transitoria segunda. nstalaciones en fase de tramitación.
Las instalaciones en fase de tramitación, siempre que el correspondiente
proyecto de instalación haya sido visado antes de la entrada en vigor de este Real
Decreto, podrán ponerse en servicio de acuerdo con lo establecido en el
Reglamento de aparatos a pre sión, aprobado por Real Decreto 1244/1979, de 4 de
abril y susInstrucciones técnicas complementarias (ITC) de desarrollo.
Disposición transitoria cuarta. Carnés de operador industrial de calderas.
Los carnés de operador industrial de calderas que cumplan con las condiciones
que establecía el anterior Reglamento de aparatos a presión, aprobado por Real
Decreto
196
·1:
ID
e
o
·¡¡
1244/1979, de 4 de abril, y expedidos con anterioridad a la entrada en vigor del
Regla mento que se aprueba por el presente Real Decreto, seguirán teniendo validez.
Los establecimientos con instalaciones de calderas que por la anterior ITC MIE
AP-1 no requerían de carné de operador industrial de calderas y para las que se
requiere por la presente ITC EPl del Reglamento de equipos a presión, dispondrán
de un plazo de tres años para acreditar la capacitación del personal de operación
de la instalación.
A estos efectos, los operadores con experiencia demostrada en el manejo de
calderas en los dos años anteriores a la entrada en vigor del presente Real Decreto
podrán obtener el carné, previa superación de un curso de capacitación, impartido por
entidades autoriza das por el órgano competente de la Comunidad Autónoma, de una
duración mínima de 20 horas. Además habrán de cumplir las condiciones exigidas en el
artículo 13.3 de la ITC EPL
Disposición transitoria quinta. Modificación de instalaciones de calderas
existentes.
1. Las instalaciones existentes con calderas sin marcado CE que dispongan de expe
diente de control de calidad podrán adaptarse a los preceptos de la ITC EP-1,
mediante la presentación del correspondiente proyecto técnico ante el órgano
competente de la comunidad autónoma.
En caso de que deban realizarse adaptaciones que afecten a la seguridad de la
calde ra, deberá acompañarse de un informe favorable de un organismo de control
autorizado.
2. Las calderas existentes podrán adaptar sus sistemas de vigilancia a los indicados en el
artículo 7 de la ITC EP-1, para lo cual deberá presentarse un proyecto técnico de
adecuación, que deberá incluir,además de la descripción y características de las adapta
ciones necesarias, las nuevas instrucciones de funcionamiento. En caso de que el
fabri cante tenga previstos dispositivos para un tipo de vigilancia diferente, no será
necesario presentar proyecto de adecuación.
Disposición derogatoria única. Derogación de normativa.
Quedan derogadas cuantas disposiciones de igual o inferior rango se opongan
a lo establecido en este Real Decreto y, en particular, el Real Decreto 1244/1979,
de 4 de abril, por el que se aprueba el Reglamento de aparatos a presión, así como
sus nstruc ciones técnicas complementarias (ITC) de desarrollo, excepto la instrucción
técnica com plementaria MIE-AP3, referente a generadores de aerosoles, aprobada por
Real Decreto 2549/1994, de 29 de diciembre.
Disposición final primera. Título competencia!.
Este Real Decreto se dicta al amparo de lo dispuesto en el artículo 149.1.13.ª
de la Constitución Española que atribuye al Estado las competencias exclusivas sobre
bases y coordinación de la planificación general de la actividad económica.
Disposición final segunda. Habilitaciones normativas.
Se autoriza al Ministro deIndustria, Turismo y Comercio para dictar,en el ámbito de
sus competencias, las disposiciones necesarias para asegurar la adecuada aplicación y
desarrollo de este Real Decreto.
@
19?
Reglamento de equipos a presión
Se faculta al Ministro deIndustria, Turismo y Comercio para modificar y actualizar el
presente Reglamento y sus nstrucciones técnicas complementarias (ITC), a fin de
man tenerlos permanentemente adaptados al progreso de la técnica y a las
disposiciones de derecho internacional o comunitario europeo en la materia.
Asimismo, se faculta al Ministro deIndustria, Turismo y Comercio para que, por ra
zones de seguridad, teniendo en cuenta el desarrollo tecnológico, pueda aprobar,
con carácter general y provisional y mediante orden, prescripciones técnicas
relativas a la instalación, inspecciones periódicas, reparaciones o modificaciones de los
equipos a pre sión no incluidos o excluidos del ámbito de aplicación del Reglamento
de equipos a pre sión y sus nstrucciones técnicas complementarias (ITC). Tales
prescripciones deberán ir dirigidas a posibilitar un nivel de seguridad al menos
equivalente al establecido para los equipos incluidos en dicho ámbito de aplicación.
Igualmente, se habilita al Ministro deIndustria, Turismo y Comercio para que me
diante orden pueda declarar de obligado cumplimiento normas emitidas por organismos
de normalización europeos o internacionales siempre que correspondan al ámbito
de aplicación del Reglamento de equipos a presión y susInstrucciones técnicas comple
mentarias (ITC).
Disposición final tercera. Medidas de aplicación.
El órgano directivo del Ministerio deIndustria, Turismo y Comercio competente en
materia de seguridad industrial elaborará y mantendrá actualizada una guía técnica
para la aplicación práctica de los requisitos del Reglamento de equipos a presión y
sus Instrucciones técnicas complementarias (ITC), la cual podrá establecer aclaraciones
de
carácter general.
El mismo órgano directivo del Ministerio deIndustria, Turismo y Comercio podrá mo
dificar,mediante resolución, las referencias a normas que se contienen en las ITC
que se aprueban por este Real Decreto.
Disposición final cuarta. Entrada en vigor.
El presente Real Decreto entrará en vigor a los seis meses de su publicación
en el Boletín Oficial del Estado. Dado en Madrid, el 12 de diciembre de 2008.
9.3.2. Instrucción técnica complementaria ITC EP-1 - Calderas
Artículo 1. Ámbito de aplicación
1. La presenteInstrucción Técnica Complementaria (ITC) se aplica a la instalación,
reparación e inspecciones periódicas de calderas y sus elementos asociados (economi
zadores, sobrecalentadores, etc.), contemplados en el Reglamento de equipos a
presión. Nota: Recordar que se trata de los equipos a presión sometidos a una
presión máxi
ma admisible PS > 0,5 bar.
199
manual práctico del operador de calderas
2. industriales
Se exceptúan de la aplicación de los preceptos de la presente ITC las siguientes
calderas y sus elementos asociados:
198
[!]
a) Las integradas en centrales generadoras de energía eléctrica incluidas en la ITC
EP-2.
b) Las integradas en refinerías y plantas petroquímicas incluidas en la ITC EP-3.
c) Las de vapor y agua sobrecalentada clasificadas en el artículo 3.3 y en la categoría
Ide las previstas en el artículo 9 y anexo IIdel Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo,
sobre equipos a presión.
Nota: Quedan por tanto también exceptuadas:
• Las tuberías de conducción de cualquier fluido desde el último dispositivo de
ais lamiento.
• Las redes destinadas al suministro, la distribución y la evacuación de agua,
• Los recipientes a presión simples, con presión interna superior a 0,5 bar para
contener aire o nitrógeno, y que no esté destinado a estar sometido a llama.
d) Las de agua caliente de uso industrial con PS < 10 bar,Pms x VT < 10.000 y las
incluidas en el Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el
Regla mento de instalaciones térmicas en los edificios (RITE).
Donde:
Pms: presión máxima de servicio en la instalación expresada en bar.
VT: volumen total en litros de la caldera.
e) Las de fluido térmico con Pms x Vi < 200 si Tms > 120 ºC o con Pms x Vi <
2.000 si Tms 120 ºC.
Donde:
Pms: presión máxima de servicio en la instalación expresada en bar.
Vi: volumen total en litros de la instalación.
Tms: temperatura máxima de servicio.
Artículo 2. Definiciones
Sin perjuicio de la terminología que figura en el artículo 2 del Reglamento de
equipos a presión y en la norma UNE 9-001,a los efectos de esta ITC se estará a
las siguientes definiciones:
Caldera, todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier
fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, a través de un
medio de transporte en fase líquida o vapor.
Caldera de vapor, la que utiliza como fluido caloportante o medio de transporte
el vapor de agua.
Caldera de agua sobrecalentada, toda caldera en la que el medio de transporte
es agua a temperatura superior a 110 ºC.
Caldera de agua caliente, toda caldera en la que el medio de transporte es
agua a temperatura igual o inferior a 110 ºC.
Caldera de fluido térmico, toda caldera en la que el medio de transporte de
calor es un líquido distinto del agua.
Caldera automática, caldera que realiza su ciclo normal de funcionamiento sin
pre cisar de acción manual alguna, salvo para su puesta inicial en funcionamiento o
en el caso de haber actuado alguno de los dispositivos de seguridad que hayan
bloqueado la aportación calorífica.
Caldera manual, la que precisa de una acción manual para realizar algunas de
las funciones de su ciclo normal de funcionamiento.
Caldera móvil, la que está en servicio mientras se
desplaza. Se adoptarán además las definiciones siguientes:
Caldera con emplazamiento variable, aquella que se monta sobre un
bastidor para facilitar su cambio de ubicación.
Riesgo ajeno, el que afecta a viviendas, locales de pública concurrencia, calles,
plazas y demás vías públicas y talleres o salas de trabajo ajenas al usuario.
Sala de calderas, local cerrado de uso exclusivo e independiente de otros
servicios, en el que se encuentra instalada la caldera.
Recinto de calderas, espacio protegido por cercado, que podrá ser interior a un
local o abierto al exterior.
Caldera de recuperación de lejías negras, caldera de vapor que utiliza
como combustible las lejías negras concentradas que se generan en el proceso de
fabricación de pasta de papel al sulfato.
Artículo 3. Clasificación de las calderas
A efectos de las condiciones exigibles, las instalaciones se clasificarán en función
del tipo de caldera en:
1. Clase primera:
Calderas pirotubulares cuyo Pms x VT < 15.000.
Calderas acuotubulares cuyo Pms x VT < 50.000. En caso de calderas de fluido
térmico, las que tengan un producto Pms x Vi < 15.000.
Siendo:
Pms: presión máxima de servicio en la instalación expresada en bar.
Vi: volumen total en litros de la instalación completa.
VT: volumen total en litros de la caldera, más el volumen del sobrecalentador
si lo tuviere.
Para calderas de agua caliente, agua sobrecalentada y de fluido térmico, la
presión máxima de servicio se compone de:
• La presión debida a la altura geométrica del líquido.
• La tensión de vapor del portador térmico a la temperatura máxima de servicio.
• La presión dinámica producida por la bomba de circulación.
2. Clase segunda:
Calderas que igualen o superen los valores indicados en el apartado anterior,es
decir: Calderas pirotubulares cuyo Pms x VT 15.000.
200
[!]
Calderas acuotubulares cuyo Pms x VT 50.000. En caso de calderas de fluido
tér- mico, las que tengan un producto Pms x Vi 15.000.
Siendo:
Pms: presión máxima de servicio en la instalación expresada en bar.
Vi: volumen total en litros de la instalación completa.
VT: volumen total en litros de la caldera, más el volumen del sobrecalentador
si lo tuviere.
Artículo 4. Instalación
La instalación debe hacerse en función de si la caldera es de primera o segunda
clase y de otros requisitos.
1. Calderas de clase primera
Las instalaciones deberán ser realizadas por empresas instaladoras de la categoría
EIP-2.
La instalación se considera de menor riesgo, por lo que no requerirá la
presentación de proyecto de instalación, debiendo presentarse además de lo indicado
en el apartado 4 del anexo IIdel REP una memoria técnica de la empresa instaladora (ver
lo que incluye en pág. 12323 del BOE).
2. Calderas de clase segunda
Las instalaciones deberán realizarse por empresas instaladoras de la categoría EIP2. La instalación requerirá la presentación de un proyecto, que incluya, como
mínimo,
lo indicado en el apartado 2 del anexo IIdel REP y además (ver lo que incluye en pág.
12323 del BOE).
3. Otros requisitos
En las calderas de vapor,si la presión máxima de servicio (Pms) es inferior en
más de un 10 % de la presión máxima admisible ( PS), será necesario la
presentación de un cer tificado extendido por el fabricante o por un organismo de
control autorizado, en el que conste la adecuación del equipo a la presión,
especialmente en lo que concierne a las ve locidades de salida del vapor y a la
capacidad de descarga de las válvulas de seguridad.
Artículo 5. Puesta en servicio
La puesta en servicio requerirá la presentación de la documentación que para
cada caso se determina en el artículo 5 del Reglamento de equipos a presión.
Nota: En resumen, dicha documentación consta de:
• Certificado de dirección técnica emitido por técnico titulado competente y
visado por el correspondiente colegio oficial, en caso de instalaciones que
requieran pro yecto de instalación.
• Certificado de instalación suscrito tanto por empresa instaladora de equipos
a presión inscrita como por su responsable técnico, en el que se haga
constar que los equipos cumplen el presente reglamento, que disponen de las
instrucciones de todos los equipos en los que se han realizado las pruebas
requeridas, incluyendo,
en su caso, la correspondiente prueba hidrostática de resistencia de los
elemen tos no probados y que el funcionamiento es correcto.
• Declaraciones de conformidad de los equipos a presión y,en su caso, de los
acce sorios de seguridad o presión.
• En caso de que no se requiera proyecto de instalación, esquema de principio de
la instalación, firmado por la empresa instaladora de equipos a presión, en el
que se indiquen los parámetros principales de funcionamiento (presión,
temperatura, ...) y un plano o croquis de la instalación.
Artículo 6. Prescripciones de seguridad de la instalación
Existe una serie general de requerimientos, condiciones de emplazamiento,
tanto generales como particulares (para calderas de clase primera y de clase
segunda) y con diciones específicas para las calderas de fluido térmico.
1. Prescripciones generales
Deberán adoptarse las medidas de seguridad, de rendimiento o medioambientales
indicadas en las correspondientes disposiciones específicas.
La chimenea de evacuación de los productos de combustión deberá diseñarse
según los criterios indicados en la norma UNE 123.001 o en otra norma de
reconocido prestigio. El aislamiento de la chimenea solamente será obligatorio para las
partes accesibles.
Para la ubicación de las calderas, se tendrá en cuenta la clasificación de acuerdo
con el artículo 3, considerando la clase de la mayor caldera en ella instalada y con
indepen dencia de su número.
2. Condiciones de emplazamiento de las calderas
Las calderas deberán situarse en una sala o recinto, que cumpla los siguientes
re quisitos:
a)Ser de dimensiones suficientes para que todas las operaciones de mantenimiento,
inspección y control puedan efectuarse en condiciones seguras, debiendo
disponerse de al menos 1m de distancia a las paredes o cercado. En las zonas
donde no existan elementos de seguridad ni se impida el manejo o el
mantenimiento, esta distancia podrá reducirse a 0,2 m.
b)Deberán estar permanentemente ventiladas, con llegada continua de aire tanto
para su renovación como para la combustión y cumplir con los requisitos
específicos en relación con el combustible empleado.
Si la sala o recinto de calderas linda con el exterior (patios, solares, etc.),
deberá disponer de unas aberturas en su parte inferior para entrada de aire,
distantes como máximo a 20 cm del suelo, y en la parte superior, en posición
opuesta a las anteriores, unas aberturas para salida de aire. La sección mínima
total de las aberturas, en ambos casos, vendrá dada por la siguiente expresión:
Qt
5=-
203
0,58
202
[!]
Siendo:
5: sección neta de ventilación requerida, expresada en cm2 •
Q1: potencia calorífica total instalada de los equipos de combustión o de la fuente de
calor,expresada en kW.
No se admitirán valores de S menores de 0,5 m2 para las salas con calderas de
clase segunda, ni menores de 0,1m2 para las salas con calderas de clase primera.
En el caso de locales aislados, sin posibilidad de llegada de aire por circulación
natu ral, se dispondrán llegadas de aire canalizadas, con un caudal mínimo de 2,5
Nm3/hora por kW de potencia total calorífica instalada de los equipos de
combustión.
Las calderas que como fuente de energía no utilicen la combustión podrán
reducir la ventilación de la sala a la mitad.
c) Toda sala o recinto de calderas deberá estar totalmente limpia y libre de polvo, gases o
vapores inflamables.
d)En la sala o recinto de calderas se prohíbe todo trabajo no relacionado con los apa ratos
contenidos en la misma, y en todos los accesos existirá un cartel con la prohibición expresa
de entrada de personal ajeno al servicio de las calderas.
Solo podrán instalarse los elementos correspondientes a sus servicios, no
permitién dose el almacenamiento de productos, con la excepción del depósito nodriza
del combus tible y los necesarios para el servicio de la caldera.
e)Deberá disponerse del manual de funcionamiento de las calderas allí instaladas y de los
procedimientos de actuación en caso de activación de las seguridades. En lugar fácilmente
visible de la sala o recinto de calderas, se colocará un cuadro con las instruc ciones para
casos de emergencia.
3. Condiciones de emplazamiento de las calderas de clase primera
Las calderas de clase primera podrán estar situadas en un recinto, pero el
espacio necesario para los servicios de mantenimiento e inspección se encontrará
debidamente delimitado por cerca metálica de 1,20 m de altura, con el fin de
impedir el acceso de personal ajeno al servicio de las mismas.
Para las calderas de vapor o de agua sobrecalentada cuyo Pms x VT > 10.000, la
distancia mínima que deberá existir entre la caldera y el riesgo ajeno será de 5 m.
Alter nativamente, podrá disponerse de un muro de protección con la resistencia
indicada en el apartado 4.b.2 del presente artículo. La distancia mínima señalada se
entiende desde la su perficie exterior de las partes a presión de la caldera más cercana
al riesgo y dicho riesgo.
4. Condiciones de emplazamiento para calderas de clase segunda
a) Estas calderas deben estar situadas dentro de una sala con dos salidas de fácil
acceso situadas, cada una de ellas, en muros diferentes. En caso de que las
distancias a los riesgos propios y ajenos sean mayores de 10 y 14 m,
respectivamente, no será nece sario disponer de muro de protección.
b) Los muros de protección de la sala deberán cumplir las siguientes condiciones:
b.l. La altura alcanzará, como mínimo, un metro por encima de la parte más
alta sometida a presión de la caldera.
Reglamento de equipos a presión
b.2. Se realizarán de hormigón armado con un espesor mínimo de 20 cm y con
al menos 60 kg de acero y 300 kg de cemento por metro cúbico. En cualquier caso,
podrán utilizarse muros con un momento flector equivalente.
c) Las aberturas en los muros de protección deberán cumplir las siguientes
condi ciones:
c.l.Las puertas serán metálicas, con unas dimensiones máximas de 1,60 m de
ancho por 2,50 m de alto. Pueden incorporar rejillas en celosía para ventilación.
c.2.Las dimensiones mínimas de al menos uno de los accesos deberán ser tales que
permitan el paso de los equipos y elementos accesorios a la caldera (tales como
quema dores, bombas, etc.), debiéndose respetar un mínimo de 0,80 m de ancho
por 2 m de alto.
c.3.Las puertas de las salas de calderas deberán abrirse en el sentido de la salida de
la sala y estarán provistas de dispositivo de fácil apertura desde el interior.
c.4.Toda abertura de medidas superiores a 1,60 m de ancho y 2,50 m de alto estará
cerrada mediante paneles, desmontables o no, uno de los cuales podrá estar provisto
de una puertecilla libre, hábil para el servicio. Los paneles ofrecerán una resistencia
igual a la del muro en que estén instalados, resistencia que será debidamente
justificada.
c.5.Las aberturas de los muros de protección destinadas a ventanas estarán situadas a un
metro, como mínimo, sobre el punto más alto sometido a la presión de la caldera.
c.6.Toda puerta o abertura de ventilación situada frente a un quemador,conteniendo el eje
del mismo, dispondrá de una protección eficaz con un punto resistente de 250 cm3, con el
fin de poder resistir el posible impacto de aquel en caso de accidente.
d) El techo de la sala deberá cumplir las siguientes condiciones:
d.l. La altura de los techos no será nunca inferior a los 3 m sobre el nivel
del suelo y deberá rebasar en un metro, como mínimo, la cota del punto más alto
entre los some tidos a presión de la caldera y, al menos, a 1,80 m sobre las
plataformas de la caldera, si existen.
d.2. El techo del recinto será de construcción ligera (fibrocemento, plástico, etc.),
con una superficie mínima del 25 % del total de la sala y no tendrá encima pisos
habitables o locales de pública concurrencia; solamente podrán autorizarse las
superestructuras que soporten aparatos ajenos a las calderas, que se consideren
formando parte de la instala ción, tales como depuradoras de agua de alimentación,
desgasificadores, etc.,entendien do que dichos aparatos no podrán instalarse sobre la
superficie ocupada por la caldera.
5. Condiciones específicas para las calderas de fluido térmico
Las calderas de fluido térmico deberán cumplir los requisitos de instalación de
la norma UNE 9-310 o cualquier otra norma equivalente. Así mismo, podrá
utilizarse cual quier otra norma que aporte seguridad equivalente, debiéndose en
este caso acompa ñarse un informe favorable de un organismo de control
autorizado.
Las calderas de fluido térmico de la clase segunda podrán instalarse en un
local in dependiente o al aire libre, no siendo necesario cumplir los requisitos del
anterior apar tado 4.
manual práctico del operador de calderas
industriales
20'-I
Reglamento de equipos a presión
Artículo 7. Sistemas de vigilancia de las calderas
Las calderas incluidas en el ámbito de aplicación de la presente ITC
dispondrán del sistema de vigilancia indicado por el fabricante en las instrucciones de
funcionamiento.
El operador de la caldera deberá realizar las comprobaciones adecuadas de los
con troles, elementos de seguridad y de la calidad del agua de alimentación para
asegurarse del buen estado de la caldera.
El sistema de vigilancia cumplirá los siguientes requisitos:
1. Vigilancia directa
El operador de la caldera debe asegurar su presencia en la sala de calderas o
en la sala con repetición de las señales de seguridades, para poder actuar de forma
inmediata en caso de anomalía. En dicho local, debe existir un pulsador de emergencia
que pare in mediatamente el sistema de aporte calorífico de forma segura y que
active los sistemas de disipación de energía que hayan sido diseñados.
Si el fabricante no ha indicado instrucciones para la vigilancia de la caldera, se
con siderará como de vigilancia directa.
2. Vigilancia indirecta
Los intervalos de comprobación de los sistemas de control y seguridad para
que el funcionamiento de la instalación sea seguro serán indicados por el
fabricante de la caldera. El sistema de vigilancia de la caldera estará relacionado
con los dispositivos de control de los que disponga.
En las calderas que, de acuerdo con las instrucciones de funcionamiento del
fabri cante, puedan funcionar de forma automática, sin presencia del personal de
conducción en la sala de calderas, el operador deberá realizar comprobaciones
funcionales para asegurar la operatividad de sus sistemas de control y seguridad.
Se consideran adecuados los sistemas de control y seguridad indicados en las
nor mas UNE-EN 12953 y 12952 o cualquier otra norma equivalente que pueda
utilizar el fabricante.
En caso de fallo de controles o seguridades requerirá la utilización de las
instruc ciones de emergencia, debiéndose pasar a vigilancia directa hasta la
subsanación de la anomalía.
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·
11.
ID
e
o
·¡¡
Artículo 8. Agua de alimentación y agua de la caldera
Para todas las calderas de vapor y de agua sobrecalentada deberá existir un
trata miento de agua eficiente que asegure la calidad de la misma, así como de un
régimen adecuado de controles, purgas y extracciones.
Se considera adecuado el indicado en las normas UNE-EN 12953-10 y 12952-12.
Asi mismo, podrá utilizarse cualquier otra norma que aporte seguridad equivalente,
debiéndo se en este caso acompañarse un informe favorable de un organismo de
control autorizado.
Será obligación del usuario mantener el agua de las calderas, como mínimo,
dentro
de las especificaciones de las normas citadas en el párrafo anterior.
manual práctico del operador de calderas industriales
@
205
Reglamento de equipos a presión
A estos efectos, el usuario realizará o hará realizar los análisis pertinentes y, si
es necesario, instalará el sistema de depuración que le indique el fabricante, una
empresa especializada en tratamiento de agua, o el diseñador de la instalación.
Artículo 9. Inspecciones periódicas
Todas las calderas incluidas en la presente ITC deberán ser inspeccionadas periódi
camente según lo indicado en su anexo Ide la presente ITC, teniendo en cuenta que las
inspecciones de nivel A y B podrán ser realizadas por el fabricante, si acredita
disponer de los medios técnicos y humanos que se determinan en el anexo Idel
Reglamento para las empresas instaladoras de la categoría EIP-2.
En el anexo 1.1,se indica el alcance y las condiciones de las inspecciones.
Además de las inspecciones periódicas, el usuario deberá tener en cuenta las
infor maciones e instrucciones facilitadas por el fabricante del equipo o conjunto, y
realizar los controles que se indiquen por el mismo.
Nota 1: Los principales aspectos del Anexo Ide esta ITC son inspecciones y
pruebas periódicas de calderas.
1. Inspecciones y pruebas periódicas
Deberán tenerse en cuenta las condiciones indicadas en la norma UNE 9-103.
En la Tabla 2 del Anexo IIIdel REP se indica la periodicidad.
Tabla 2 del Anexo 111del REP
Nivel de inspección
Agente y periodicidad
Categorías 1, 11, 111 y IV
Nivel A
Empresa instaladora o fabricante
l año
Nivel B
OCA
3 años
Nivel e
OCA
6 años
Nota: Quedan excluidas las ollas a presión.
1.1. Nivel A (Inspección en servicio)
La periodicidad de estas inspecciones será anual.
Se realizará una inspección de la caldera de acuerdo con lo indicado en el
apartado 2.1del anexo IIIdel Reglamento de equipos a presión.
La inspección incluirá además las siguientes comprobaciones:
a) Existencia y actualización de la documentación correspondiente al mantenimiento y
operación de la caldera, así como de la calidad del agua en las calderas de vapor y
agua sobrecalentada.
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manual práctico del operador de calderas
industriales
b) Limpieza e inspección visual del circuito de humos y de las partes sometidas a presión. Para
realizar estas operaciones, deberá estar la caldera parada y ser accesibles las partes sometidas
a presión, no siendo necesario retirar el calorifugado.
c) Funcionamiento de los elementos de operación y de las seguridades de la caldera, provocando
su intervención.
d) Mantenimiento de las condiciones de emplazamiento de la caldera y de las instruc- ciones de
seguridad (incluida la protección contra incendios).
e) Estanquidad del circuito de gases.
f) nspección visual de las tuberías y equipos que utilizan el fluido de la caldera. De las
actuaciones realizadas se dejará constancia escrita.
1.2. Nivel B (Inspección fuera de servicio)
La periodicidad de estas inspecciones será cada tres años.
Además de lo indicado para la inspección de nivel A, se realizará una
inspección completa de la documentación y del estado de la caldera (de acuerdo
con los apartados 4 y 6 de la norma UNE 9-103).
La inspección incluirá las siguientes comprobaciones:
a)Comprobación de la documentación de la caldera y de la placa de instalación e ins
pecciones periódicas (certificado de instalación, proyecto, declaración de conformidad o
certificado de fabricación, instrucciones de funcionamiento, marcas de la caldera, etc.).
b)nspección de los elementos de la caldera:
•Inspección visual previa y posterior a la limpieza.
• Ensayos suplementarios.
• Deformaciones.
• Cordones de soldadura.
• Medición de espesores.
• Accesorios y válvulas de seguridad.
• Manómetros y termómetros.
• Hogar y conductos de humos.
• Obra refractaria.
• Circuito eléctrico.
• Virotillos y tirantes (en calderas pirotubulares).
• Cartelas de refuerzo (en calderas pirotubulares).
• Tubos, placas tubulares y colectores (en calderas pirotubulares).
• Cajas de humos (en calderas pirotubulares).
• Estructura y fijaciones de tubos a tambores y colectores (en calderas
acuotubulares).
• Economizadores, sobrecalentadores y recalentadores (en calderas acuotubulares).
• Haces tubulares o serpentines (en calderas acuotubulares).
c) Ensayo de funcionamiento:
• Regulación y precinto de las válvulas de seguridad o de alivio.
• Comprobación de los automatismos de regulación.
• Automatismos de seguridad.
20?
Reglamento de equipos a presión
1.3. Nivel C (Inspección fuera de servicio con prueba de presión)
La periodicidad de estas inspecciones será de seis años.
Además de lo indicado para la inspección de nivel B, se realizará, para las
calderas existentes, la prueba hidrostática de acuerdo con el apartado 5 de la
norma UNE 9-103. En las calderas con marcado CE la presión de prueba será la
que figura en el punto
2.3del anexo IIIdel Reglamento de equipos a presión, es decir, igual a la de la primera
prueba o cualquier otra prueba sustitutiva expresamente autorizada.
La inspección incluirá las siguientes comprobaciones:
a)Comprobación de la documentación.
b)nspección de los elementos de la caldera.
En las calderas pirotubulares se efectuarán los siguientes ensayos no
destructivos por medio de líquidos penetrantes o partículas magnéticas de:
• El 100 % de la soldadura unión del hogar con la placa posterior o con la
placa tubular de la cámara del hogar.
• El 100 % de las soldaduras del tubo hogar.
• El 50 % de la unión de la placa posterior con los tubos del primer paso, si el
com bustible es gaseoso y el 10 % para el resto de los combustibles.
• El 100 % de la unión de los virotillos a la cámara del hogar y a la placa
tubular posterior,cuando el combustible sea gaseoso y el 50 % en el resto de
los combus tibles.
En las calderas acuotubulares, excepto las de fluido térmico:
• El 100 % de las soldaduras de unión de los haces tubulares a colectores,
recalen- tadores o sobrecalentadores.
c) Prueba hidrostática.
d)Ensayo de funcionamiento.
Nota 2: Está directamente relacionado con lo anterior,lo que se indica en el
apartado 5 del Anexo IIdel REP.
5. Placa de instalación e inspecciones periódicas
Todas las calderas deben tener una placa de instalación con su identificación y
espa cios para ir poniendo las fechas de las sucesivas revisiones.
5.1. Todos los equipos a presión de las instalaciones que estén sujetos a inspec ciones
periódicas deberán disponer de una placa realizada con materiales duraderos, en
la que se indique el número de identificación otorgado por el órgano competente de
la Comunidad Autónoma, la presión máxima de servicio de la instalación, la presión
de prueba del equipo o conjunto, su categoría y grupo, así como las fechas de
realización de las inspecciones, el nivel de inspección realizado y el sello de la
entidad responsable de la inspección.
Las placas serán legibles e irán colocadas en un lugar visible del equipo o
conjunto. Las placas serán facilitadas por el órgano competente de la comunidad
209
manual práctico del operador de calderas
industriales
autónoma, tras la presentación de la correspondiente documentación de la
instalación o del equipo
208
[!]
que se indica en los apartados anteriores. Cuando los equipos dispongan de placa,
si se produce un cambio de emplazamiento a otra Comunidad Autónoma, esta
decidirá si la mantiene o le otorga una nueva.
5.2. Para los equipos a presión de las categorías Ia V a que se refieren el artículo 9
y el anexo IIdel Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, o asimilados según lo indicado en
el artículo 3.2, que se instalen de forma permanente se utilizará uno de los
siguientes modelos de placa, como muestra la Figura 9.3.
0
1
Órgano competente de la comunidad autónoma
1
Nº Identificación
Fecha de instalación
---1;::::===
Presión máx. de servicio (bar)
Fecha
1
Fecha
Nivel/Sello
1
°
1
1
1
Nivel/Sello
;:::====:I
C=::J
;:::====:I C=::J
:::::==::::I C=::J
;:::====:I C=::J
- I
0
C=::J
Presión de
0 prueba ( bar)
o
1
o
Órgano competente de la comunidad autónoma
Nº Identificación1
Fecha de instalación
-----;:I::====:I
Presión máx. de servicio (bar)1
1
1
1
FechaNivel/SelloFecha
Nivel/Sello
Presión der----l
0 prueba (bar)
:=::====:I C=::J
I C=::J
LJ
Categorla y
Grupo
OO
0
Figura 9.3. Modelos de placa de instalación e inspecciones periódicas.
Artículo 1O. Reparaciones
Las reparaciones de las partes sometidas a presión de los equipos o conjuntos
com prendidos en la presente ITC deberán realizarse por empresas reparadoras
debidamen te autorizadas (e inscritas en el registro del órgano competente de la
Comunidad Autóno ma con lo que podrá desarrollar su actividad en todo el ámbito
estatal), según el artículo 7 del Reglamento de equipos a presión.
No se considerarán como reparaciones de la caldera las siguientes:
• Sustitución de hasta un 15 % del haz tubular en calderas pirotubulares
(incluidos tubos soldados y mandrinados), que no supongan más de 5 tubos.
• Sustitución de las tubuladuras de la caldera, siempre que se mantengan las
condicio nes originales de diseño y que no haya sufrido originalmente un
tratamiento térmico.
Por otra parte, tal como indica el artículo 7 del REP:
• Tampoco tendrán la consideración de reparaciones la sustitución de juntas ni
el cambio de accesorios por otros de iguales o superiores características o
función.
• Tras la reparación, el equipo a presión se someterá a inspección por un OCA
que emitirá el correspondiente certificado.
• Antes de su puesta en servicio, el equipo reparado deberá superar una
inspección periódica de nivel C.
• La empresa reparadora debe emitir el correspondiente certificado de reparación.
Artículo 1 1. Modificaciones
1. Las modificaciones deberán atenerse a lo indicado en el artículo 8 del Reglamento de
Equipos a Presión.
• Las modificaciones de un equipo a presión se realizarán teniendo en cuenta
los requisitos indicados para las reparaciones.
• Las modificaciones deberán certificarse por la empresa reparadora de
equipos a presión mediante la emisión del correspondiente certificado de
modificación.
• Se considerarán modificaciones importantes de un equipo a presión las que
alteren las prestaciones originales (aumentando los valores de PS, TS o V o
utilizando un fluido de mayor riesgo de acuerdo con lo establecido en el Real
Decreto 769/1999, de 7 de mayo), la función o el tipo original. Requerirán de
un nuevo procedimiento de evaluación de la conformidad, de acuerdo con lo
previsto en el citado Real De creto, como si se tratase de un aparato nuevo.
2. Para el cambio de combustible se deberá atender a la reglamentación específica en
relación con el nuevo combustible.
En cualquier caso, en las transformaciones por cambio de combustible se deberá presen
tar un proyecto de un técnico titulado, visado por el correspondiente colegio oficial y el
co rrespondiente certificado de modificación, en donde se justifique la idoneidad del
nuevo que mador, de la cámara de combustión y que en la placa tubular de los tubos del
primer paso de gases en las calderas pirotubulares, o en la pantalla trasera del hogar en
las acuotubulares, no se sobrepase la temperatura límite del material permitida por el
código de diseño. Asimis mo, en las calderas pirotubulares, se adecuará el método de
unión de tubo a placa tubular, según se indique en el código de diseño para las nuevas
condiciones de funcionamiento.
Deberá tenerse en cuenta que no podrá superarse la potencia calorífica ni
cualquier otra de las características de diseño.
Antes de su puesta en servicio, se realizará una inspección de nivel C.
No obstante lo anterior, no será necesario el proyecto, si en la documentación
origi nal del fabricante del equipo se acredita que la caldera es apta para el nuevo
combusti ble. En este caso se realizará una inspección de nivel B.
3. La modificación del sistema de vigilancia o de los sistemas de control y seguri dad
deberá ser considerada como modificación importante si se incorporan sistemas no
previstos por el fabricante, requiriendo una nueva evaluación de la conformidad por
un organismo notificado.
Artículo 12. Obligaciones de los usuarios
Además de las obligaciones indicadas en el artículo 9 del Reglamento de
equipos a presión (véase nota al final), en las instalaciones incluidas en la presente
ITC, deberán cumplirse las siguientes:
211
1. Operación de la caldera. El usuario deberá designar a una persona capacitada
para realizar la operación de la caldera, mientras esté en funcionamiento, cumpliéndose
en todo momento lo indicado en el artículo 13 sobre operadores de calderas.
210
[!]
2. Mantenimiento de la caldera. El usuario deberá realizar un mantenimiento ade cuado de
todos los sistemas de la instalación, prestando una dedicación especial a los órganos !
imitadores o reguladores para que mantengan su fiabilidad, procediendo a la comprobación
de su funcionamiento durante las verificaciones. De igual forma, prestará una atención especial
con respecto a las obligaciones indicadas en el artículo 8 de esta ITC sobre el tratamiento
del agua de alimentación.
3. Vigilancia de la caldera. En caso de que se produzca un fallo de alguno de los elementos de
control o seguridad, deberá adecuarse el sistema de vigilancia de la calde ra, pasando a
vigilancia directa, en tanto no se restablezcan las condiciones iniciales y se compruebe el
correcto funcionamiento de los elementos averiados.
4. Documentación. Deberá disponerse de la siguiente documentación:
a) Libro de la instalación
El operador de la caldera deberá tener a su disposición un libro en el que se
indiquen las características de la instalación y las actuaciones, controles o inspecciones
realizadas. El libro podrá sustituirse por los correspondientes registros que incluyan
una infor
mación equivalente.
En el anexo IIIde esta ITC, se indica la información mínima que debe incluirse en el
libro o registro correspondiente.
En el libro o registro se anotarán las operaciones efectuadas para el control de
las seguridades.
De igual forma, deberán anotarse las comprobaciones del control del agua de
ali mentación, los posibles fallos de funcionamiento, las inspecciones o controles
realizados, así como las reparaciones o modificaciones que puedan realizarse.
Nota: Anexo IIIde la ITC EP-1.
El libro de la instalación o el registro equivalente deberá incluir al menos la
siguiente información:
• Características de las calderas:
-Identificación (fabricante, tipo o modelo, número de fabricación, año,...).
- Datos técnicos (límites admisibles de funcionamiento de las calderas, datos
del combustible y del equipo de combustión, etc.).
• Características de la instalación:
- Descripción de la instalación.
-Identificación de los elementos de la instalación (suministro de combustible, sistema
de tratamiento de agua, evacuación de los productos de combustión, tuberías, etc.).
-Identificación de los equipos consumidores (fabricante, tipo o modelo, número de
fabricación, año,...).
- Límites admisibles de funcionamiento de la instalación.
- Características del emplazamiento de las calderas (sala o recinto, etc.).
- Datos del instalador.
• Elementos de seguridad de la instalación:
-Identificación de todos los elementos de seguridad.
• Documentación de la instalación:
- Descripción de la documentación disponible y su localización.
• Obligaciones del titular y del operador de la caldera:
- Texto del artículo 9 del Reglamento de equipos a presión.
- Texto del artículo 12 de la ITC EP-1.
• Comprobaciones de funcionamiento y de seguridad:
- Comprobaciones diarias.
- Comprobaciones semanales.
- Comprobaciones mensuales.
- Otras comprobaciones.
•Inspecciones:
- Nivel A: fechas y responsable.
- Nivel B: fechas y responsable.
- Nivel C: fechas y responsable.
• Reparaciones o modificaciones:
-Identificación y alcance de las reparaciones de la caldera y la instalación.
-Identificación y alcance de las modificaciones de la caldera y la instalación.
b) Documentación de la instalación
El operador de la caldera dispondrá al menos de la siguiente documentación:
• Manual de instrucciones de la caldera.
• Manual de instrucciones del equipo de combustión.
• Manual de instrucciones del tratamiento de agua.
• Relación de elementos y dispositivos de operación o seguridad.
• Manual de seguridad del operador,redactado por el propio usuario, que
contendrá al menos:
- Normativa de seguridad del personal de operación.
-Instrucciones de seguridad para situaciones de emergencia.
-Instrucciones de seguridad para situaciones de fallo de elementos de control o
seguridad. Modificación del sistema de vigilancia de la caldera.
-Instrucciones en caso de accidente.
-Instrucciones en los períodos de inspecciones, mantenimiento y reparación.
Equipo de seguridad requerido.
- Prendas de seguridad personal.
-Instrucciones para personal ajeno a la propia caldera.
-Instrucciones de primeros auxilios.
- Sistema de revisiones del Manual de seguridad.
• Datos obtenidos en el protocolo de puesta en marcha.
• Prescripciones de los niveles de emisiones a la atmósfera.
• Dirección del servicio técnico para la asistencia de la caldera y quemador.
• Dirección del servicio contra incendios más próximo.
Nota: El artículo 9 del REP especifica las siguientes obligaciones de los usuarios:
1 .ª Conocer y aplicar las disposiciones e instrucciones del fabricante en lo
referente a la utilización, medidas de seguridad y mantenimiento.
2.ª No poner en servicio la instalación o impedir el funcionamiento de los
equipos a presión si no se cumplen los requisitos del presente reglamento.
3.ª Disponer de al menos la siguiente documentación de los equipos a presión
mien tras estén instalados: declaración de conformidad, en su caso, instrucciones
del fabri cante, y si procede, certificado de la instalación, junto con otra
documentación acre ditativa (en su caso, proyecto de la instalación, acta de la
última inspección periódica, certificaciones de reparaciones o modificaciones de los
equipos, así como cualquier otra documentación requerida por la
correspondienteInstrucción técnica complementaria (ITC) de este reglamento).
Esta documentación estará a disposición del órgano competente de la
Comunidad Autónoma y de las empresas que efectúen las operaciones de
mantenimiento, reparación e inspecciones periódicas.
4.ª Utilizar los equipos a presión dentro de los límites de funcionamiento
previstos por el fabricante y retirarlos del servicio si dejan de disponer de los
requisitos de segu ridad necesarios.
5.ª Realizar el mantenimiento de las instalaciones, equipos a presión,
accesorios de seguridad y dispositivos de control de acuerdo con las condiciones
de operación y las instrucciones del fabricante, debiendo examinarlos al menos una
vez al año.
6.ª Ordenar la realización de las inspecciones periódicas que les correspondan,
de acuerdo con lo dispuesto en el artículo 6 de este reglamento.
7 .ª Disponer y mantener al día un registro de los equipos a presión de las
categorías Ia V del Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, o asimilados a dichas
categorías según su artículo 3.2, así como de las instalaciones sujetas a este
reglamento, excepto los ex tintores y los equipos que no requieran inspecciones
periódicas, incluyendo las fechas de realización de las inspecciones periódicas, así
como las modificaciones o reparaciones.
8.ª Ordenar, en su caso, las reparaciones o modificaciones de acuerdo con lo
dis puesto en los artículos 7 y 8 de este reglamento.
9.ª nformar de los accidentes que se produzcan, de acuerdo con lo dispuesto
en el artículo 14 del presente reglamento.
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Artículo 13. Operadores de calderas
Los operadores de calderas requieren una formación específica, acreditada median
te la obtención del carné de operador.
1. Capacitación del operador
La conducción de calderas debe ser confiada a personal capacitado técnicamente.
Los operadores de calderas serán instruidos en la conducción de las mismas por
el
fabricante, el instalador o por el usuario, si dispone de técnico titulado competente.
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213
manual práctico del operador de calderas
industriales
2. Responsabilidades
El operador de la caldera es el responsable de vigilar,supervisar y realizar el control
del correcto funcionamiento de la caldera, debiendo ser consciente de los peligros que
puede ocasionar una falsa maniobra, así como un mal entretenimiento o una mala
conducción.
Durante el proceso de arranque de la caldera será obligatorio que esta sea
conduci da por el operador de la misma, no pudiendo ausentarse hasta que se haya
comprobado que el funcionamiento de la caldera es correcto y todos los dispositivos
de seguridad,
!imitadores y controladores funcionan correctamente.
Deberá poder actuar de forma inmediata, manual o remota, en caso de que se
dis pare la válvula de seguridad o cualquier otra de las seguridades de la
instalación, hasta que se restablezcan las condiciones normales de funcionamiento,
utilizando los procedi mientos escritos indicados en el artículo 5.2.f.
3. Carné de operador industrial de calderas
Las calderas de la clase segunda, a que se hace referencia en el artículo 3.2
de la presente ITC, de vapor o de agua sobrecalentada deberán ser conducidas por
personal con carné de operador industrial de calderas. Para la obtención del carné
deberán disponerse de conocimientos técnicos adecuados. Para ello, deberá superarse
un curso de capacita ción impartido por entidades autorizadas por el órgano competente
de la Comunidad Au tónoma. En el anexo IIde esta ITC, se indican los conocimientos
mínimos, la duración del curso y los requisitos que deben cumplir las entidades para la
impartición de dichos cursos.
El carné, que tendrá validez y eficacia para todo el territorio español, será
expedido por el órgano competente de la comunidad autónoma, una vez acreditado por
el solicitante:
a)
Tener cumplidos 18 años.
b)
La superación de un curso impartido por una entidad autorizada, que incluya
los conocimientos y la duración mínima indicada en el anexo II.
c)La superación de un examen realizado por el órgano competente de la Comunidad
Autónoma.
d)
En el caso de extranjeros, previo cumplimiento de los requisitos previstos en
la normativa española vigente en materia de extranjería e inmigración.
Nota: El Anexo IIde la ITC EP-1,respecto a este punto, añade:
• Los cursos de capacitación para la obtención de carné tendrán una duración
míni ma de 50 horas.
• Las entidades que pretendan realizar cursos de capacitación deberán estar acre
ditas por el órgano competente de la Comunidad Autónoma.
Artículo 14. Calderas de recuperación de lejías negras
Las calderas de lejías negras son un caso muy especial ya que se emplean en
fábri cas de producción de pasta de papel y requieren de un trato diferenciado.
1. Condiciones generales
Reglamento de equipos a presión
a)Las calderas de recuperación de lejías negras deberán atenerse a las condiciones
indicadas en el Reglamento de equipos a presión y en la presente ITC, con las
condicio nes particulares expresadas en el presente artículo.
21"'1
b)El combustible principal de estas unidades de recuperación son las lejías negras que se generan
en el proceso de fabricación de pasta de papel al sulfato, previamente concen tradas en
unidades de evaporación. Se utilizan como combustibles auxiliares, combustibles líquidos (fueloil)
y/o gaseosos (gas natural, gases licuados de petróleo, etc.).
2. Prescripciones técnicas
a) A los efectos contemplados en el artículo 6 de la presente ITC, las unidades de
recuperación se consideran como calderas de vapor automáticas de vigilancia
directa, debiendo disponer de la presencia permanente de un operario en la zona
de caldera o sala de control contigua a la misma.
b) En relación con las condiciones específicas indicadas para las salas de calderas en
el artículo 6.4 de esta ITC, en este tipo de instalaciones, no son necesarios muros
de protección.
c) Las calderas deberán disponer de dos sistemas de alimentación de agua inde
pendientes y accionados por distintas fuentes de energía. El caudal de agua que
deberá aportar cada una de dichas bombas será de 1,5 veces la vaporización
máxima más el caudal de agua de purgas.
3. Condiciones de operación
a)Adiestramiento del personal en seguridad de forma periódica.
b)Simulación programada de situaciones de emergencia.
4. Operadores de calderas
Dada la singularidad de este tipo de calderas, el carné de operador requerido
en el artículo 11.3 será expedido por el órgano competente de la Comunidad Autónoma,
previa certificación por parte del Comité permanente de seguridad y utilización de
calderas de recuperación de lejías negras.
5. Mantenimiento
Independientemente de las actuaciones y comprobaciones que deban efectuarse
atendiendo a las instrucciones del fabricante.
6. Inspecciones periódicas
Las inspecciones periódicas se realizarán de acuerdo con el artículo 6 del
Reglamen to de equipos a presión y atendiendo a las especificidades indicadas en
el anexo 1.2. Estas inspecciones se realizarán por un organismo de control o por el
fabricante de la caldera, si acreditan disponer de los medios técnicos y humanos
que se determinan en el anexo Idel reglamento anteriormente citado, para las
empresas instaladoras de la categoría EIP-2.
Nota: En el Anexo Ide la ITC EP-1 se describen las inspecciones y pruebas periódicas exigibles a las calderas de recuperación de lejías negras.
• Nivel A y B
Las inspecciones se realizarán anualmente.
• Nivel e
Las inspecciones periódicas de nivel C se realizarán cada tres años.
215
••
•
Boletín Oficial del Estado.
CAMPSA (1998): Manual técnico sobre utilización de combustibles líquidos. 2.ª edición.
Asistencia técnica n.0 12.
de Andrés y Rodríguez Pomata, J. A. (1974): Generación de calor. Universidad Politécnica
de Madrid, ETSII.Sección de publicaciones.
Libro de instrucciones de calderas de Talleres Patricio Ruiz.
Martí Deulofeu, J. M. (agosto, 2009): Curso de operadores de calderas. 21.ª edición.
Tecno formación.
Ministerio de ndustria, Turismo y Comercio: Manual para operadores de calderas. 7.ª
edi ción. Centro de publicaciones.
Norma UNE 9-100-86 para válvulas de seguridad de calderas de vapor.
Normas UNE-EN 12953-10 y UNE-EN 12952-12, para calderas acuotubulares y pirotubulares.
Publicaciones de Spirax Sarco.
Valiente, A. y Noriega, J. (1993): Manual del ingeniero químico. LIMUSA Grupo Editores.
Vergara, V. y Alonso, J. M.: Manual de operadores industriales de calderas. Ente
Vasco de la Energía.
.2
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ii
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@
217
••
•
Documentación sobre funcionamiento de una caldera y sus
accesorios http://www.spiraxsarco.com
Vídeos sobre combustión, calderas y sus elementos como bombas, válvulas, quemadores,
etc. http://www.youtube.com
Fabricantes de calderas
http://www.babcock-wanson.es
http://www.patricioruiz.net
Bombas centrífugas
http://www.ksb.com/ksb-es
Válvulas
http://www.spiraxsarco.com
http://www.samson.es
http://www.orbinox.com
Analizadores de la combustión
http://www.bacharach-inc.com
http://www.testo.es
Tratamiento de agua
http://www.hidro-water.com/home/home.asp
http://www.degremont.es/es/index.php
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iG
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ii
Legislación
http://www.boe.es
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