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INDICE GENERADORES DE VAPOR CALDERAS 4

Conceptualizacin 4 Clasificacin de las calderas 4

Calderas pirotubulares o de tubos de humo 5 Caractersticas generales 5 Ventajas 5 Desventajas 6

Calderas acuotubulares o de tubos de agua 6 Caractersticas generales 7 Ventajas 7 Desventajas 7

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN GENERADOR DE VAPOR 8 Domo Hervidor 8 Hogar 8 Sobrecalentador y recalentador 8

Sobrecalentadores Radiantes 9 Sobrecalentadores de Conveccin 9

Spray Atemperador 9 Economizador 9 Precalentadores de Aire 10

Recuperativos 10 Regenerativos 10

MANTENIMIENTO GENERADORES DE VAPOR 10 El personal 10 Pruebas 11

Prueba hidrosttica. Prueba de presin 11 Preparacin de la prueba 11 Realizacin de la prueba 11

Pruebas hidrostticas de redes de tuberas 11 Pruebas de redes de conductos [UNE 100104] 12 Pruebas de libre dilatacin 12 Primera puesta en marcha 12

Comprobaciones 12 Marcha en rgimen 12

Tipos de procedimiento 13 Cada da 13 Cada semana 14 Cada mes 14 Cada seis meses 14 Cada ao 14

Purga 15 Limpieza y mantenimiento 15

Fuera de servicio 15 Mantenimiento fuera de servicio 15 Procedimiento seco 15 Procedimiento hmedo 16

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CONTROL EN CALDERAS 16 Control de nivel/agua de alimentacin 17

Filosofa del control 17 Control a un elemento 18 Control a dos elementos 18 Control a tres elementos 19

Control de temperatura del vapor 19 Objetivo 19 Filosofa del control 19

Control de la demanda 19 Objetivo 19 Filosofa del control 19

HOGARES 20 Introduccin 20 Refrigeracin de los hogares 21 Distintos tipos de hogares 21

Segn la colocacin de los quemadores el hogar de la caldera puede ser 21 Segn el tipo de combustible utilizado 22 Otros tipos de hogares 23

COMBUSTION 24 Introduccin 24 Tipos de combustin 24 Exceso de aire 24 Rendimiento de la combustin 24 Control de la combustin 25 Mtodos de control de la combustin 25

COMBUSTIBLES 26 Tipos de combustibles 26

Combustibles slidos 27 Combustibles lquidos 27 Combustibles gaseosos 28

Criterios para la eleccin de un combustible 28

QUEMADORES 28 Introduccin 28 Clasificacin de los quemadores 29

Quemadores para Combustibles Slidos 29 Quemadores para Combustibles liquidos 30 Quemadores para Combustibles gaseosos 30

TIRO EN CALDERAS 31 Tiro Natural 32 Tiro necesario 32 Influencia de las condiciones atmosfricas 33 Tiro Artificial 33

Tiro Forzado 34 Tiro inducido o aspirado integral 34

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Tiro Equilibrado o Balanceado 34 Ventiladores 35

ECONOMIZADORES 35 Introduccin 35 Clasificacin de los economizadores 36

De acuerdo a la disposicin geomtrica 36 De acuerdo a la direccin del gas con respecto a los tubos 37 De acuerdo a la direccin relativa del flujo de gas y de agua 37 De acuerdo al tipo de superficie absorbente del calor 38

Consideraciones generales 39

CALENTADORES DE AIRE 41 Clasificacin 41

Calentadores de aire recuperativos 41 Calentadores de aire regenerativos 44

TRATAMIENTO DE AGUA DE CALDERAS 46 Introduccin 46 Pruebas qumicas 46 Elementos qumicos y ecuaciones de reaccin 47 cidos, bases y valor de pH 48 Solubilidad 48 Incrustacin 48

Efectos de la incrustacin 49 Identificacin de la incrustacin 50 Prevencin de la formacin de incrustaciones 50

Tratamientos del agua de alimentacin de caldera 50 Prevencin de incrustacin: tratamiento externo 50 Prevencin de incrustacin: tratamiento interno 51 Control coordinado de fosfato/pH 51 Control de fosfato /pH congruente y oculto. 51 Polmeros o acondicionamiento de lodos 52

Depsitos de aceite 52 Incrustacin y eliminacin de aceite 52

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GENERADORES DE VAPOR CALDERAS

Cuando buscamos en un diccionario el significado de la palabra caldera, entre las diversas acepciones que aparecen, encontramos: recipiente metlico, grande y ms o menos redondeado y cilndrico que sirve para hervir un lquido y generar vapor que ser empleado para producir energa o como sistema de calefaccin. Viendo esta definicin somos capaces de hacernos una idea de la forma y utilidad de una caldera, pero de lo que es ms importante, ya podemos saber en que radica su importancia en la industria, que en definitiva es el lo que nos centraremos a estudiar: una caldera es el punto de partida en la produccin de energa en la inmensa mayora de las empresas.

Una caldera es un cambiador de calor; transforma la energa qumica del combustible en energa calorfica. Adems, intercambia este calor con un fluido, generalmente agua, que se transforma en vapor de agua. En una caldera se produce la combustin que es la liberacin del calor del combustible y la captacin del calor liberado por el fluido. La caldera es necesaria para poder realizar la gran mayora de los trabajos y a su vez, tambin para el confort de las personas ya que gracias a ella las personas reciben calor en todos los lugares que posean una caldera. Este calor recibido de la caldera viene dado por los mecanismos bsicos de transmisin de calor: la conduccin es el calor que pasa de una parte a la otra de la pared del hogar, o de los tubos de humos; la conveccin, los tubos de humos se calientan al contacto con los productos de combustin y, por ltimo, la radiacin se produce un intercambio de calor de la llama a las paredes del hogar. Conceptualizacin

Un generador de vapor se define como una combinacin compleja de economizador, caldera, sobrecalentador, recalentador, precalentadores de aire, y equipos auxiliares tales como: alimentador de horno, pulverizadores, quemadores, ventiladores, equipos de control de emisiones, chimenea, equipo de manejo de cenizas,etc.

Entonces, una CALDERA es un componente del GENERADOR DE VAPOR donde el lquido es convertido a vapor saturado.

El trmino CALDERA es usado como significado de GENERADOR DE VAPOR, sin embargo un generador de vapor se clasifica por diferentes vas, por ejemplo:

Utility steam generators, son aquellos usados en el servicio de la generacin de potencia elctrica y existen como:

- Subcrticos, los cuales operan entre 130 bar a 190bar de presin, alcanzan hasta 550C con una o dos etapas de recalentadores y poseen una capacidad de 1 a 10 millones Lbm/hora de vapor. - Supercrticos, que pueden operar por arriba de 3208.2 psia, usualmente con una presin de 3500psia (240bar). Industrial steam generators, son aquellos que se utilizan en la industria pequea de generacin

elctrica, establecimientos institucionales, industriales, comerciales y en muchos usos ms como en la Industria Alimentaria (conserveras, embotelladoras, precocinados, aceites, mataderos, licoreras y alcoholeras, cerveceras, lcteos, bodegas, etc.), construccin (prefabricados de hormign, cermicas,etc.), industria del caucho, valorizacin de residuos y reciclaje, plsticos, lavanderas, farmacutica, qumica, papel y cartn, industria del metal, etc. Estos generadores de vapor pueden alcanzar presiones hasta de 1500Psig y una capacidad de 1 milln Lbm/hora de vapor. Clasificacin de las calderas

Las calderas pueden clasificarse basndose en algunas de las caractersticas siguientes: uso, presin, materiales de que estn construidas, contenido, forma y posicin de los tubos, sistema del fogn, clase de combustible, fluido utilizado, sistema de circulacin, posicin y tipo del hogar, forma general, etc.

Si nos referimos a la clasificacin de acuerdo al tipo de diseo, encontraremos dos grandes tipos de calderas:

a) Calderas de tubos de humo (Pirotubulares) b) Calderas de tubos de agua (Acuotubulares)

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a) Calderas pirotubulares o de tubos de humo Se caracterizan porque la llama de la combustin se forma dentro de cada hogar cilndrico de la caldera,

pasando los humos generados por el interior de los tubos de los pasos siguientes (normalmente dos), para ser conducidos a la chimenea de evacuacin. De ello, su otro nombre de calderas de tubos de humo.

En estas calderas, tanto los hogares, como los tubos de humo estn en el interior de la virola, completamente rodeados de agua. Para generar vapor, se regula el nivel medio del agua en su interior, de forma que vare dentro de una banda prevista, sirviendo su cmara superior de separador del vapor generado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida.

Caractersticas generales: - Se construyen en tamaos de hasta 18000lbm/hora de vapor. - El Calor circula por dentro de los tubos y el fluido fro, agua, por fuera de ellos. El calor es transferido

por medio de los humos o gas de la combustin. - Los tubos van sumergidos en el agua - La caldera de baja presin est limitada a 15psig de presin de vapor. - La caldera de vapor para generar fuerza puede operar a una presin de 300Psig y una capacidad de

50000Lbm/hora de vapor de agua. - El diseo de una caldera tubos de humo se basa principalmente en el hogar y en los pasos de los gases

a travs de los tubos. - Usan como fluido termodinmico el agua y el aceite trmico. - Las calderas pueden ser de tubos continuos o de tubos de retorno de acuerdo con la direccin del flujo

de gases. - Pueden tener un hogar interno o estar dotadas de un fogn externo. - Su operacin con la nueva tecnologa les permite operar automticamente. - El espacio comprendido arriba del nivel agua es llamado cmara de vapor. - La caldera puede ser de uno, dos y ocasionalmente hasta de cuatro retornos.

Ventajas - Almacenan gran cantidad de agua. - Producen gran cantidad de vapor. - Permiten efectos de fluctuaciones en la demanda de vapor. - Su costo instalada es relativamente bajo y considerablemente menor que la correspondiente caldera

acuotubular de domo. - Son perfectamente adaptables a la produccin estandarizada. - Son eficientes de 79% a 85%.

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- La caldera escocesa es econmica en su costo inicial, ocupa un mnimo de material refractario y su instalacin es sencilla.

- Fciles de transportar - Necesitan relativamente poca rea para su instalacin. - Las calderas escocesas pueden ser operadas bien con aguas contaminadas.

Desventajas: - Su arranque en fro es demasiado lento para alcanzar la presin de trabajo. - Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitado y depende del tipo de caldera. - Con el aumento de la demanda de vapor, la temperatura de los gases se eleva rpidamente. - No se utilizan para el accionamiento de turbinas. - El tamao de la caja del hogar no puede ser ampliado. - Su operacin se torna crtica al operar con sobrecarga de ms del 40%. - Su mantenimiento interior es dificultoso. - No son empleables para altas presiones (operan de 0-300 PSIG).

b) Calderas acuotubulares o de tubos de agua Debido a los grandes inconvenientes de las calderas pirotubulares se construyen este otro tipo de

calderas. Las calderas acuotubulares se caracterizan porque la llama de los quemadores se forma dentro de un recinto formado por paredes tubulares en todo su entorno, que configuran la llamada cmara de combustin (hogar), pasando los humos generados por el interior de los pasos siguientes, cuyos sucesivos recintos estn tambin formados por paredes tubulares en su mayora.

La cualidad que diferencia a estas calderas es, que todos los tubos que integran su cuerpo estn llenos de agua o, al menos, llenos de mezcla agua-vapor en los tubos hervidores, en los que se transforma parte de agua en vapor cuando generan vapor como fluido final de consumo.

En las calderas acuotubulares la circulacin del agua por su interior es forzada por medio de las bombas de circulacin. En las calderas de generacin de vapor se regula el nivel medio de agua en el caldern superior, de forma que vare dentro de una banda prevista, sirviendo la cmara superior de separador del vapor generado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida.

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Caractersticas generales: - EL fluido, agua, circula por el interior de los tubos y por el exterior los gases producto de la combustin. - Los tubos que manejan agua y vapor, o tubos descendentes son de acero al carbono - Estas calderas por lo general son de construccin vertical - Estas calderas requieren de agua de alimentacin con un tratamiento qumico exhaustivo. - Estas calderas pueden ser de circulacin natural o forzada. - Las de circulacin forzada supercrticas no utilizan bomba de recirculacin, y operan con presiones de

diseos cercanas o por encima del punto crtico. - Utilizan calentadores de aire que es el ltimo dispositivo en recuperar calor de la caldera y se localiza en

la chimenea. - Utilizan precipitadores a la salida de los humo. - Algunas son de tiro inducido, tiro forzado y de tiro equilibrado o balanceado.

Ventajas: - Son de horno propio interior ubicado lejos de la zona de evaporacin - Son de gran volumen y altura - Admiten gran cantidad de aire en su hogar - La combustin se puede controlar - Son de alto rendimiento y produccin de alta presin, apta para generacin de energa elctrica. - Menor tiempo para levantar presin. - Entre ms alta es la caldera ms se aprovecha la energa calrica de los gases de combustin - Mayor flexibilidad para variaciones de consumo, debido a la pequea cantidad de agua que contienen - Puede quemar combustible lquido, gaseoso, slido y biomsico. - Producen un vapor seco por lo que en el sistema de transmisin de calor existe un mayor

aprovechamiento. Desventajas

- Es de difcil realizar mantenimiento por lo incomodo el acceso a la zona de conveccin. - Mantenimiento ms costoso. - El coeficiente de evaporacin est estrechamente limitado por la circulacin interna. - Para su instalacin requieren de una extensa rea de terreno.

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COMPONENTES PRINCIPALES DE UN GENERADOR DE VAPOR A continuacin se definirn los componentes ms importantes que pueden ser encontrados en un generador de vapor. Domo Hervidor

Este componente es tambin llamado Caldera, es un recipiente metlico diseado con las condiciones de presin a las que debe trabajar el generador de vapor. La funcin bsica del domo es la de separar el vapor de la mezcla vapor-agua y mantener el vapor seco.

En las unidades que no tienen economizador, es en el domo donde se dispone el agua previamente tratada y desde ah se distribuye por todos los tubos del circuito bien sea por medio de flujo natural o por flujo forzado. En las unidades con economizador, el agua es precalentada en el economizador antes de ser llevado al domo. Aquellas unidades denominadas de un solo paso carecen de domo. Hogar

Un hogar es una cmara donde se efecta la combustin. La cmara confina los productos de la combustin y debe resistir las altas temperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan.

Sus dimensiones y geometra se adaptan a la velocidad de liberacin de calor, al tipo de combustible y al mtodo de combustin, de tal manera que se haga lo posible por tener una combustin completa y se proporcione un medio apropiado para eliminar las cenizas.

Los hogares enfriados por agua, se utilizan en la mayor parte de las unidades de caldera y para todos los tipos de combustibles y mtodos de combustin. El enfriamiento por agua de las paredes del hogar reduce la transferencia de calor hacia los elementos estructurales y como consecuencia puede limitarse su temperatura a la que satisfar los requisitos de resistencia mecnica y resistencia a la corrosin.

Las construcciones de tubos enfriados por agua, facilitan el logro de grandes dimensiones del hogar, y ptimas de techos, tolvas, arcos y montajes de los quemadores, as como el uso de pantallas tubulares, planchas o paredes divisorias para aumentar la superficie absorbente del calor en la zona de combustin. Tambin reducen las prdidas del calor al exterior.

Las superficies absorbentes de calor en el hogar, lo reciben de los productos de combustin y en consecuencia contribuyen directamente a la generacin de vapor, bajando al mismo tiempo la temperatura de los gases que salen del mismo.

Los principales mecanismos de transferencia de calor se efectan de forma simultnea, estos mecanismos incluyen la radiacin entre slidos, que proviene del lecho de combustible, o de las partculas de combustible, la radiacin no luminosa de los productos de la combustin, la transferencia de calor por conveccin de los gases del hogar, y la conduccin de calor a travs de los materiales metlicos de los depsitos y tubos. La eficacia de la absorcin de la superficie del hogar es influida por los depsitos de cenizas o de escoria.

Las temperaturas del gas de salida del hogar, varan considerablemente cuando se quema carbn, debido al efecto de aislamiento de los depsitos de ceniza y escoria sobre las superficies de absorcin de calor. La cantidad de superficie es el factor ms importante en la absorcin global de calor en el hogar y por tanto el calor liberado y disponible para absorcin por hora y por pie cuadrado de rea absorbente efectiva es una base satisfactoria para establecer una correlacin.

El calor liberado y disponible para la absorcin es la suma del contenido calorfico del combustible quemado, y el calor sensible del aire de combustin, menos la suma del calor no disponible debido a la parte del combustible que no se consumi y el calor latente del vapor formado por la humedad en el combustible y la combustin del hidrgeno.

Las paredes del hogar deben estar soportadas de forma adecuada tomando en cuenta la expansin trmica con montantes de refuerzos para resistir las fuerzas laterales causadas por la diferencia entre la presin del hogar y la de la atmsfera que lo rodea. La cubierta del hogar debe evitar la infiltracin del aire, cuando se opera con succin y debe evitar la fuga de gas, cuando se opera a presiones ms altas que la atmosfrica. Sobrecalentador y Recalentador

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La adicin de calor al vapor despus de la evaporacin o el cambio de estado, viene por un aumento en la temperatura y la entalpa del fluido. El calor se agrega al vapor en componentes de la caldera llamados sobrecalentadores y recalentadores, los cuales se componen de elementos tubulares expuestos a los productos gaseosos a alta temperatura de la combustin.

Las ventajas del sobrecalentamiento y recalentamiento en la generacin de potencia son resultado de la ganancia termodinmica en el Ciclo de Ranking y de la reduccin de las prdidas de calor debidas a la humedad en las etapas de baja de presin en la turbina. Con presiones y temperaturas altas del vapor se dispone de ms energa til, pero los avances hacia temperaturas altas del vapor a menudo son restringidos por la resistencia mecnica y la oxidacin del acero y de las aleaciones ferrosas con los que se cuenta en la actualidad y son econmicamente prcticos para su uso en la parte a presin de las calderas y en las construcciones de alabes de las turbinas.

El trmino sobrecalentado se aplica al vapor de ms alta presin y el de recalentado se refiere al vapor de presin ms baja que ha liberado parte de su energa durante la expansin en la turbina de alta presin. Con presin de vapor inicial alta pueden emplearse una o ms etapas de recalentamientos con el fin de mejorar la eficiencia trmica. Se clasifican en dos grandes grupos: Radiantes o de Conveccin.

Sobrecalentadores Radiantes: Por lo general se disponen para expansin directa a los gases del hogar y, en algunos diseos, forman

parte de la cubierta de ste. En otros diseos, la superficie se dispone en forma de espiras tubulares o planchas, con amplio espaciamiento lateral extendindose hacia el hogar. Esta superficie se expone a los gases a alta temperatura del hogar que se mueve a velocidades relativamente bajas, as que la transferencia de calor se hace por radiacin.

Sobrecalentadores de Conveccin: Se instalan ms all de la salida del hogar, donde la temperatura del gas son ms bajas que las de las

zonas en las que se usan los sobrecalentadores de tipo radiante. Por lo comn, los tubos se disponen en la forma de elementos paralelos, con poco espaciamiento lateral y en bancos de tubos que se extienden parcial o completamente a travs de la corriente de gas, con el gas fluyendo a travs de los espacios relativamente angostos entre los tubos. Se obtienen gastos elevados de gas y en consecuencia velocidades altas de transferencia de calor por conveccin a expensas de la cada de presin de gas a travs del banco de tubos. Spray Atemperador

Los atemperadores, tambin conocidos como desobrecalentadores, son boquillas atomizadoras en los tubos de la caldera entre los sobrecalentadores.

Estas boquillas atomizadoras suministran un fina niebla de agua pura en el camino del flujo del vapor para prevenir el dao del tubo por sobrecalentamiento.

Los Atemperadores son provistos tanto para los sobrecalentadores como para los recalentadores. Economizador

Los economizadores eliminan el calor de los gases de combustin con temperaturas moderadamente bajas, despus de que salen de las secciones de generacin de vapor y del sobrecalentamiento y/o recalentamiento.

Los economizadores son en realidad calentadores de agua de alimentacin que las reciben de las bombas de alimentacin y la descargan a una temperatura ms alta al generador de vapor. Los economizadores se usan en lugar de incrementar la superficie generadora de vapor, ya que el agua de alimentacin y en consecuencia la superficie que recibe calor estn a temperatura ms bajas que las del vapor saturado, por tanto los gases pueden enfriarse hasta temperaturas an ms bajas para lograr mayor recuperacin de calor y mejorar la economa.

Se clasifican como de los tipos de tubos horizontales y verticales, de acuerdo con la disposicin geomtrica; de flujo longitudinal o cruzado segn la direccin del gas con respecto a los tubos; de flujos en paralelo o de contra-flujo, segn la direccin relativa del flujo de gas y de agua; como generadores o no generadores de vapor, segn el rendimiento trmico; como de tubos continuos o como tubos en U, segn los detalles de diseo; y como de tubos desnudos o con superficies extendidas, segn el tipo de superficie absorbente del calor.

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Precalentadores de Aire Los precalentadores de aire al igual que los economizadores extraen calor de los gases de combustin

con temperaturas relativamente bajas. La temperatura del aire de entrada es menor que la del agua que entra al economizador y por tanto es posible reducir an ms la temperatura de los productos gaseosos de la combustin, antes de que se descarguen en las chimeneas.

El calor que se recupera de los gases de la combustin se recicla al hogar junto con el aire de combustin y cuando se agrega a la energa trmica liberada por el combustible, se convierte en energa disponible para la absorcin en la unidad generadora de vapor, con una ganancia en la eficiencia trmica global. El uso de aire precalentado para la combustin acelera la ignicin y fomenta una combustin rpida y completa del combustible.

Los calentadores de aire se clasifican en general como: Recuperativos o Generativos. En ambos se usa la transferencia por conveccin del calor, de la corriente del gas a un metal o una superficie slida y la transferencia por conveccin de esta superficie al aire.

Recuperativos: En stos, las partes metlicas estacionarias forman una frontera de separacin entre los fluidos, el que se calienta y el que se enfra, y el calor pasa por conduccin a travs de la pared metlica.

Regenerativos: Hay dos tipos bsicos, en el primer tipo, los elementos de transferencia de calor se mueven alternadamente a travs de las corrientes de gas y aire que pasan por ciclos sucesivos de calentamiento y enfriamiento, y reciben la transferencia de calor por la capacidad de almacenamiento trmico de los elementos. En el otro tipo de precalentador regenerativo, tiene elementos estacionarios y el flujo alterno del gas y del aire se controla al hacer girar las conexiones de entrada y salida.

MANTENIMIENTO GENERADORES DE VAPOR La atencin y el adecuado mantenimiento de todos y cada uno de los componentes de la instalacin,

tendrn como consecuencias una vida ms larga, un funcionamiento deseado y unos gastos de explotacin ptimos.Pero la consecuencia ms importante de un buen mantenimiento es que es la clave para un FUNCIONAMIENTO CORRECTO

Por esto es fundamental llevar un libro de registro en el que se anoten los datos operacionales de la instalacin y que recoja las anomalas, sus correcciones, las reparaciones. El personal

Es imprescindible que se designe un responsable de la instalacin. Este responsable as como los operarios que manipulen la instalacin deben estar adecuadamente

formados, tienen que tener un conocimiento que les permita hacer funcionar la instalacin de forma segura, para entender el funcionamiento y la funcin de cada componente y para darse cuenta de la Interrelacin entre los diversos componentes de la instalacin. El personal responsable del servicio de calderas, debe atender las siguientes instrucciones: - Justificar su conocimiento de las prescripciones reglamentarias. - La instalacin de la caldera debe conservarse limpia, estar bien iluminada y libre de cualquier objeto que

no pertenezca a la misma. - Cualquier anomala en el funcionamiento deber ser localizada y reparada de forma inmediata. Si el

alcance de la avera no fuese realmente importante, se proceder a su reparacin en la primera parada de la instalacin.

- Independientemente de las pruebas peridicas establecidas por la Superioridad, se debern realizar reconocimientos peridicos de la instalacin de caldera y equipos auxiliares, recomendndose que un mnimo de dos reconocimientos sean efectuados por personal tcnico ajeno a la conduccin del generador.

- Las herramientas, accesorios y cualquier utensilio que sea necesario para el servicio, debern estar ordenados y colocados en lugares fcilmente accesibles.

- Se establecer un stock de piezas de repuesto que se consideren imprescindibles para un servicio continuo de la instalacin.

Los operarios debern poseer conocimientos sobre:

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- Compresores: su funcionamiento: el punto de ajuste, la funcin del presostato de alta, de baja y de aceite. Las funciones de los termostatos y de cualquier otro control de seguridad que se halla instalado en la caldera.

- Vlvulas automticas de control: tienen que saber como funcionan que regulan como se ajustan. - Vlvulas de cierre manuales, elctricas o neumticas: donde estn situadas y en que situaciones hay que

usarlas. - Vlvulas de seguridad: donde estn situadas, que parte del sistema protege cada una y que debe hacerse

si la vlvula llega a actuar. - Controles elctricos: seleccionadores fusibles, reles, temporizadores. Deben saber la finalidad de cada uno

y lo que protege cada uno. - Cambios de presin y temperatura: cuales son las temperaturas y presiones normales de funcionamiento.

Las causas y los efectos de los cambios de presin o temperatura y que hacer para restablecer las condiciones normales de trabajo.

Pruebas Prueba hidrosttica. Prueba de presin

[Normas UNE 9-105-92 ] Definicin:

La primera prueba de presin de un aparato a presin es la que permite verificar su estanquidad y su resistencia a las deformaciones

La presin de Prueba Pp, viene dada por la expresin: Pp = 1.5 Pd Donde Pd es la presin de trabajo en las peores condiciones de trabajo.

Preparacin de la prueba: 1. Limpiar en interior de la caldera y que est libre de obstculos. 2. Verificar que todas las zonas del cuerpo resistente a inspeccionar son accesibles y carecen de

cualquier otro recubrimiento 3. El manmetro debe comprender como mnimo en su escala hasta 2.5 Pp. 4. Debe haber un precalentamiento del agua, no se aconseja agua a baja temperatura.

Realizacin de la prueba Proceso de presurizacin. Tiempo

Se procede al llenado de agua de las partes a presin hasta alcanzar la presin de prueba y se cierra en ese momento el dispositivo de alimentacin (cuidando que no existan bolsas de aire, la aportacin de agua para pasar de Pd a Pp debe ser de pequeo caudal). Durante un tiempo de 20 min. Se comprueba que el manmetro permanece inalterable, y se realizan las mediciones y se inicia la inspeccin visual.

Mediciones e inspeccin durante la prueba Se deben realizar a la presin de prueba. Seguidamente se procede a la inspeccin visual principalmente en las uniones vigilando que no haya fugas. Luego se procede a un vaciado de la caldera hasta un rango de amplitud [Pd, 0.8 Pp].

Mediciones despus de la prueba Deben realizarse en los mismo puntos en que se efectuaron durante la prueba, con el fin de determinar si se han producido deformaciones permanentes.

Informe: Presin de prueba, Grfico Tiempo / presin , temperatura del liquido de prueba, Manmetros utilizados, Resultado de las mediciones, Resultado de la inspeccin visual, Nombre y cargo de la persona que se ocupa, Lugar de realizacin, Fecha de realizacin. Pruebas hidrostticas de redes de tuberas

Todas las redes que porten fluidos se debern probar antes de ser tapadas por aislantes, albailera, material de relleno, etc. Se realizar una prueba de estanqueidad hidrosttica, siguiendo las siguientes indicaciones:

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- Taponar extremos de los conductos en el montaje, antes de conectar los terminales, con el fin de evitar la entrada de suciedad y de materiales extraos.

- Dejar las conducciones y equipos a una presin 1,5 veces mayor a la de trabajo, no siendo menor de 6 bar, en fro.

- Realizar pruebas de circulacin de agua, limpieza, filtros, estanqueidad en temperatura de rgimen y medir presiones.

- Efectuar el tarado de rganos de seguridad. Se debern limpiar debidamente y como marca el reglamento antes de realizar la pruebas. Utilizar agua

con detergente y recircular por las bombas (2h) hasta obtener un PH menor de 7.5 (para instalaciones cerradas con temperatura del agua menos a 100) y despus vaciar. - Limpiar tambin bombas, accesorios, filtros. Pruebas de redes de conductos [UNE 100104]

Los conductos de chapa se probarn de acuerdo con las pruebas requieren el taponamiento de los extremos de la red, antes de que estn instaladas las unidades terminales. Los elementos de taponamiento deben instalarse en el curso del montaje, de tal manera que sirvan, al mismo tiempo, para evitar la entrada en la red de materiales extraos. Complementado el montaje de las redes de distribucin de aire y antes de conectar los terminales se pondrn en marcha los ventiladores hasta que se observe limpio.

Posteriormente se proceder a comprobar la ejecucin, limpieza t acabado de las instalaciones. Tambin se har equipos elctricos, calderas, climatizadores, anotando condiciones de funcionamiento.

Pruebas de libre dilatacin Una vez que las pruebas anteriores hayan sido satisfactorias y se hayan comprobado hidrostticamente

los elementos de seguridad, las instalaciones equipadas con calderas se llevarn hasta la temperatura de tarado de los elementos de seguridad, habiendo anulado previamente la actuacin de los aparatos de regulacin automtica. Las instalaciones equipadas con calderas se sometern a dicha prueba, una vez realizadas las anteriores con resultados satisfactorios. Dicha prueba consistir en subir la temperatura hasta alcanzar la de tarado de los elementos.

Posteriormente. Durante el enfriamiento de la instalacin y al finalizar el mismo, se comprobar visualmente que no han tenido lugar deformaciones apreciables en ningn elemento o tramo de tubera y que el sistema de expansin ha funcionado correctamente. Primera puesta en marcha Puesta en marcha despus de un amplio periodo de parada. Antes de poner en servicio el generador, deber revisarse el estado de las vlvulas de seguridad, niveles, manmetro y dems controles y equipos auxiliares que el mismo incorpore, comprobndose su estado. - Comprobar que las vlvulas de cierre del circuito de combustible estn abiertas. - Comprobar que las vlvulas de cierre del circuito de agua de alimentacin estn abiertas. - Si comenzamos con el generador desde presin cero, abrir la vlvula de aireacin. - Observar el agua en los niveles, si sta falta, debe ponerse la bomba en marcha automticamente al

accionar los interruptores general y de bomba de alimentacin. - Colocar el interruptor general en posicin ON (En Marcha) - Accionar el pulsador de rearme o desbloqueo. - Colocar el interruptor del quemador en posicin conectado. - Cerrar la vlvula de aireacin cuando salga un flujo continuo de vapor por la misma. Comprobaciones Marcha en rgimen

Se comprobar el funcionamiento de reguladores de nivel, a diversas cargas de generador, as como su comportamiento en las variaciones bruscas de la carga, an cuando estas variaciones es conveniente que se produzcan suavemente.

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Todos los das y aprovechando los momentos de reducida demanda de vapor de fbrica, se comprobar el correcto funcionamiento de los controles de presin, nivel, fallo de llama, etc., provocando para ello las incidencias correspondientes.

Con la mayor frecuencia posible se comprobar el correcto establecimiento y forma de la llama, as como el estado de la obra de refractario, utilizndose para ello las mirillas de observacin previstas a tal fin. Peridicamente se comprobarn las caractersticas del agua de alimentacin y del agua en el interior de la caldera. Las caractersticas del agua, tanto de alimentacin como del interior de la caldera, debern mantenerse por debajo de los lmites reflejados por el sistema.

Se deber poner especial cuidado en la extraccin de la muestra del agua del interior del generador, cuando ste se encuentre en servicio, en el sentido de evitar la vaporizacin parcial del agua al pasar a la presin atmosfrica. Lo anterior se puede conseguir habilitando un pequeo serpentn refrigerador sumergido en agua fra y haciendo pasar el agua de la caldera a travs del mismo, y de esta forma prevenir la citada vaporizacin parcial que podra desvirtuar sensiblemente las caractersticas obtenidas por anlisis posterior.

Para realizar un buen mantenimiento hay que tener en cuenta una serie de comprobaciones peridicas. Con la conviccin que MS VALE PREVENIR QUE REPARAR, el personal encargado de la instalacin debe realizar las comprobaciones y trabajos que se detallan a continuacin, con la periodicidad que se indica. Hay que tener en cuenta que se trata de una gua general de actuacin, que no pretende ser exhaustiva, sino para poder ayudar al operario en su trabajo. En cualquier caso, las instrucciones especficas de los fabricantes de los diversos componentes tendrn un carcter prioritario. Tipos de procedimiento Cada da 1) Purga diaria de indicadores de nivel

La vlvula de entrada de vapor al indicador de nivel debe continuar abierta, cerrar la vlvula de entrada de agua al indicador de nivel, abrir lentamente la vlvula de purga del indicador de nivel, dejar circular unos segundos el vapor, observndolo a travs del cristal. Cuando toda el agua ha desaparecido del cristal, ir cerrando lentamente la vlvula de purga. Una vez cerrada la vlvula de purga, abrir lentamente la vlvula de entrada de agua. Esta operacin debe realizarse lentamente para evitar un golpe de presin sobre el cristal, impidiendo as una posible rotura del mismo.

NOTA: Esta operacin deber realizarse dos veces seguidas como mnimo por cada aparato. La caldera durante la misma deber tener, como mnimo, unos 2 Kg/cm de presin. 2) Comprobacin de alarma, desconexin y bloqueo del quemador por bajo nivel de agua

Ambos controles de nivel deben accionar la alarma y bloquear el quemador por bajo nivel de agua. Al volver todo el sistema a la posicin inicial de acuerdo con el punto 1 accionando adems el pulsador de desbloqueo, el quemador debe ponerse en marcha automticamente si hay demanda de vapor.

NOTA: La operacin indicada en el punto 2 se considera junto con el 1 de la mxima importancia. Por tanto, cuando se advierta cualquier anomala durante la ejecucin de la misma, debe comunicarse al servicio de mantenimiento correspondiente. 3) Comprobacin del control de llama en marcha continua

Cuando el equipo de combustin se encuentra funcionando, retirar la clula fotoelctrica de su emplazamiento. Con la mano tapar totalmente la parte sensible de la misma, de forma que no pueda llegarle ninguna luz, y a los cinco (5) segundos, aproximadamente, de hacer esta operacin, el quemador deber interrumpir la combustin, y se encender la lmpara de bloqueo. Para volver a poner el quemador en marcha, se introducir la clula en su emplazamiento, cuidando que su parte sensible est dirigida a la llama, y a continuacin se accionar el pulsador de rearme o desbloqueo. 4) Comprobacin del control de llama durante el encendido.

Con el quemador, retirar la clula fotoelctrica de su emplazamiento y proceder a la puesta en marcha en automtico. Cuando empiece a girar el quemador, tapar la clula fotoelctrica con la mano, de forma que no llegue ninguna luz. Esperar en esta situacin el desarrollo del programa. Llegar un instante en el cual se

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podr escuchar el golpe de apertura de la vlvula solenoide de combustible principal, en ese instante, debe encenderse el quemador y la combustin se mantendr perfectamente durante unos tres segundos aproximadamente, pasados los cuales en el quemador deber desaparecer la llama y se encender la lmpara de bloqueo. Si esto no sucede as, avisar al servicio de mantenimiento correspondiente.

Para volver a poner en marcha el quemador, se introducir la clula en su emplazamiento, cuidando que su parte sensible est dirigida hacia la llama, y a continuacin se accionar el pulsador de rearme o desbloqueo.

NOTA: Aprovechando las operaciones de los puntos 3 y 4, se observar si la parte sensible de la clula fotoelctrica se encuentra limpia. Si no es as, se le pasar un pao que ha de ser suave para no rayar el cristal. 5) Control de las caractersticas del agua de alimentacin de la caldera

Se deber observar que el agua tratada que se est introduciendo en la caldera rene las condiciones especficas para los generadores de que se trate (acuotubulares o pirotubulares.) Cada semana

Se comprobara: la instalacin Las tuberas (deterioros y estado del aislamiento) Los aparatos e intercambiadores de calor (suciedad, purgas, filtros...) Se comprobar la ausencia de transpiracin y fugas por los prensaestopas, juntas, etc., y reponiendo estos elementos en caso preciso Las bombas (ruidos o vibraciones anormales) Vlvulas de seguridad, aparatos de control y el correcto estado de los pilotos de sealizacin. Cada mes

S deber hacer una limpieza de la instalacin, comprobando si los niveles de lquido son los correctos. Limpieza del holln de los tubos del generador, mediante cepillo, aire comprimido, etc., retirando para ello

las tapas que la caldera incorpora a tal fin. Al mismo tiempo que se efecta la operacin descrita en el circuito de humos, se proceder a la limpieza de las partes internas de la caja de humos, as como a repasar las juntas, tornillos de sujecin, etc., para conseguir una perfecta estanqueidad en su posterior montaje.

Como carcter general tambin se comprobaran los manmetros, termmetros, presostatos y termostatos.

Cada seis meses Se mirara el estado de juntas y acoplamientos (corrosin). Revisin y limpieza de los equipos de regulacin de combustin, nivel, etc., as como a su posterior

puesta a punto. A tal fin, se seguirn las instrucciones especficas que faciliten las firmas fabricantes de los citados equipos y que sern incluidas en la informacin general de entretenimiento y servicio que se entrega al futuro usuario del generador.

Se realizara una revisin de las purgas, se comprobara si hay fugas. Tambin se realizara un engrasado de vlvulas.

Cada ao - De la instalacin:

Se inspeccionarn y se limpiarn los filtros. Se cambiarn los cartuchos secadores. Se comprobar el estado de los refrigerantes.

- De las tuberas: Se comprobara se presentan corrosiones o picaduras. Se comprobara si hay condensacin o escarcha. Se comprobar si el aislamiento y la barrera de vapor estn deteriorados. Se comprobar si presentan daos mecnicos.

- De los aparatos a presin: Se comprobarn la suciedad y las incrustaciones en el lado del agua. Se comprobarn los ventiladores

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Se comprobar el estado de aislamiento. Se comprobar el estado de la pintura en el condensador evaporativo.

- De carcter general: Se comprobar el estado de los contactores y de los aparatos elctricos. Se comprobar el nivel de aceite en el transformador. Se realizar el engrase de cojinetes. Se vaciarn los circuitos de agua.

Del anlisis y valoracin indicados y con los datos tomados, se pueden determinar si las condiciones reales de funcionamiento para saber si este es correcto o no. Independientemente de esa valoracin, existen determinadas practicas, fruto de la experiencia, que nos ayudaran a saber si el funcionamiento de la instalacin es correcto. Purga

Los purgadores van en la parte ms baja de la caldera y algunas veces tambin en el cuerpo cilndrico; se utilizan para sacar una cierta cantidad de agua con el fin de extraer de la caldera los lodos, sedimentos y espumas. Las impurezas de las grandes cantidades de agua vaporizada se van precipitando constantemente. En ocasiones se emplea un purgado (por el fondo ) continuo, por medio de un tubo pequeo, para sacar las impurezas a medida que se precipitan. No obstante, cuando se sigue este procedimiento, los purgadores grandes hay que abrirlos de vez en cuando para sacar completamente los lodos acumulados. Proceso de purgado: - Enchufar una manguera en el extremo del tubo de purga. - Llevar el otro extremo de la manguera a un recipiente colocado en un lugar accesible y ventilado. - Girar de vuelta la tuerca del extremo del tubo de purga. - Abrir de vuelta la vlvula de paso y comprobar que sale nuestro fluido. - Controlar el flujo de salida de aceite mediante la vlvula de paso, para que la purga se haga lentamente. - Cuando cese de salir el fluido, cerrar la vlvula de paso. - Retirar la manguera - Apretar la tuerca del extremo del tubo. Limpieza y mantenimiento Fuera de servicio

Para complementar este estudio sobre Calderas Industriales y salas de calderas, daremos unas indicaciones sobre el mantenimiento de una caldera cuando la dejemos fuera de servicio durante un tiempo mayor de 30 das. De esta forma la caldera estar lista para su servicio cuando la necesitemos. Mantenimiento fuera de servicio

Toda caldera cuyo servicio no se precise durante un periodo de tiempo lo suficientemente largo que la exponga al peligro de sufrir corrosiones internas y externas, deber acondicionarse debidamente para que durante esta poca de inactividad quede preservada de la oxidacin.

Cuando la caldera tenga que estar fuera de servicio durante varios meses y no est expuesta a que se recurra a ella al menor aviso el Procedimiento Seco de conservacin es el ms conveniente. En cambio, en aquellos casos en que la caldera vaya a permanecer inactiva nicamente durante unas semanas y sujeta a entrar en servicio en cualquier momento, el Procedimiento Hmedo es el que aconsejamos practicar, puesto que la caldera puede quedar dispuesta enseguida para su encendido con slo dejar correr parte del agua que necesita para elevar el nivel de los indicadores.

Cualquiera que sea el procedimiento que se adopte, la consecucin de los resultados apetecidos depende en gran parte de la eliminacin absoluta de los sedimentos internos y materiales depositados, capaces de iniciar la corrosin. Procedimiento seco

Cuando se adopte la conservacin en seco, se tendr especial cuidado en extraer el agua que haya quedado depositada en bolsas de que lo tuviese, al limpiar la caldera por dentro. Para este objeto, aconsejamos el empleo de un chorro de aire a presin.

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Posteriormente, la caldera puede secarse por completo con braseros de coque o por medio de una corriente de aire caliente procedente de un soplador porttil, o bien por ambas cosas dirigida a los cabezales y tubos. Una vez bien secos los elementos internos, se colocarn bandejas de cal viva, en la proporcin de 1 Kg. por cada 10 m2, de superficie de calefaccin, en los cabezales y tambor para que quede absorbida la humedad contenida en el aire encerrado en la caldera. Despus de colocadas de nuevo las puertas de registros de hombre y las tapas de los de mano, debern cerrarse todas las vlvulas y grifos, teniendo la precaucin de evitar por todos los medios que entre agua, vapor o aire en la caldera. Una vez terminada la limpieza exterior, se introducirn asimismo bandejas de cal viva en el hogar y conductos de gases, de notarse la presencia de humedad. Las puertas practicadas en la obra de fbrica y conductos debern cerrarse por completo, as como los corta-tiros que lo sern hermticamente. En intervalos de tres meses se harn visitas de inspeccin, rellenando los recipientes de cal a medida que sea necesario. Se tendr muy presente retirar todos los recipientes de cal colocados dentro o fuera de la caldera antes de llenarla de agua y encender.

La caldera queda parada, en situacin de fuera de servicio y conservada en seco, bajo presin de nitrgeno, que se usa como barrera para el aire y la humedad. Procedimiento hmedo

Al optar por el procedimiento hmedo, deber limpiarse la caldera tanto por dentro como por fuera, llenndola despus con agua de alimentacin a travs del economizador hasta alcanzar el nivel de trabajo. Los reactivos qumicos necesarios para dar al agua la alcalinidad exigida debern introducirse con el agua de alimentacin sin interrupcin alguna con el fin de evitar oscilaciones en la concentracin, que de otra forma podran producirse.

El agua introducida en la caldera deber tener una alcalinidad custica hasta de 850 partes por milln cuando se trate de calderas de baja presin, siendo sta inferior a 21 Kg/cm2, no a 35 Kg/cm2, en las que hay que levantar presin en pocos minutos sin haber sido vaciadas y llenas de nuevo. Deber aadirse sulfito de sodio en todos los casos para conseguir una concentracin de 30 partes por milln, que absorba el oxgeno que pueda contener el agua una vez hechos todos los preparativos.

Deber sostenerse a la caldera produciendo vapor por poca presin durante varias horas, con el fin de estabilizar las condiciones del agua y eliminar el oxgeno, apagndola con el nivel de agua alto. Inmediatamente antes de que baje la presin, deber aadirse agua de alimentacin desgasificada hasta llenar por completo el tambor y el recalentador y que salga el agua por todos los grifos de aire. Se cerrarn stos a continuacin, haciendo subir la presin en la caldera hasta llegar a 1 Kg/cm2, aproximadamente, que se mantendr por la presin esttica de un depsito elevado o por medio de bomba, segn convenga y sea necesario.

Terminadas todas estas operaciones, se colocarn bandejas con cal viva en el hogar y pasos de gases antes de cerrar la caldera para protegerla contra la humedad. Se repasar por ltimo la caldera, cerrando todas las puertas y corta-tiros.

Con tiempo fro pudiera ser necesario recurrir al empleo de anticongelantes. El periodo de inactividad puede prolongarse al disponer de medios para hacer circular el agua por la

caldera, as como para recoger muestras que reflejan su estado con objeto de comprobar su alcalinidad y el contenido de sulfito. Esto significa el empleo de una bomba de circulacin pequea, dispuesta de forma que pueda tomar agua de todas las vlvulas de desage y purga para descargarla de nuevo en el economizador por su entrada. De otra forma, el periodo de parada deber limitarse a un mes sobre poco ms o menos, al cabo del cual se proceder a encender de nuevo la caldera hacindola funcionar a baja presin para que circule el agua y puedan tomarse muestras por si fuera necesario rectificar las operaciones qumicas.

CONTROL EN CALDERAS El sistema de control de una caldera es la herramienta mediante la cual se consiguen los equilibrios de

masa y de energa de la misma ante las variaciones en la demanda de los consumidores. La energa y la masa introducidas en la caldera deben ser reguladas para conseguir las condiciones de salida deseadas. Las medidas de las variables del proceso darn al sistema la informacin necesaria para ello. En la Figura se muestra mediante un diagrama de bloques el esquema general del control de una caldera.

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Desde el punto de vista del equilibrio energtico se debe generar una demanda de carga (de fuego), de la cual se generarn a su vez las demandas de combustible y aire, que proporcionarn el aporte de energa necesario para mantener el equilibrio respecto a la extrada en el vapor. El control de nivel ser el encargado de mantener el equilibrio entre la masa saliente en forma de vapor y la entrante en forma de agua. La temperatura del vapor ser mantenida mediante el control de temperatura de ste, con su influencia, tanto en el equilibrio de energa como de masa.

En el sistema de control de una caldera, las diferentes variables interaccionan sobre los diferentes subsistemas. As, la demanda de carga influir sobre la temperatura de vapor, el caudal de agua sobre la presin de vapor que a su vez es la causante de la demanda de carga. Por lo tanto, todo el sistema debe ser coordinado e implementado de forma que minimice los efectos de dichas interacciones, puesto que el propio diseo del sistema las puede aumentar.

Una regla general de implementacin ser el uso de circuitos de compensacin de forma que las perturbaciones en las variables no afecten al proceso. Un ejemplo de esto sera la compensacin segn los combustibles que se estn usando, de forma que la puesta en servicio de un nuevo combustible no modifique el combustible total que se introduce en el hogar.

Otro factor a tener en cuenta en el diseo del sistema de control, es la interferencia de los ruidos en el sistema, ya sean ruidos en las medidas o en el proceso. Un ejemplo del primer caso sera el ruido tpico en la medida de un caudal, y del segundo la pulsacin que se produce en el hogar. Dependiendo de la relacin entre el ruido y la medida en s, puede hacerse necesario la implementacin de algn tipo de filtrado, aumento en la calibracin de los transmisores, etc. Control de nivel/agua de alimentacin Objetivo Los principales objetivos del control de nivel en una caldera son los siguientes:

1. Controlar el nivel en el valor deseado. 2. Minimizar la interaccin con el control de combustin. 3. Crear suaves cambios en el agua almacenada ante los cambios de carga. 4. Equilibrar adecuadamente la salida de vapor con la entrada de agua. 5. Compensar las variaciones de presin del agua de alimentacin sin perturbar el proceso ni modificar

el punto de operacin. Particularmente importante es el minimizar la interaccin con el control de combustin. Esta interaccin

se acenta con el suministro desigual de agua de alimentacin, que afecta a la presin de vapor y que conlleva modificaciones en la demanda de fuego sin existir variaciones en la demanda de vapor. Estas variaciones en el fuego de la caldera producen a su vez incrementos y decrementos en la presin con las consiguientes perturbaciones en la caldera que acentan el problema. Filosofa del control

El control de nivel de una caldera tiene varias particularidades debido su especial comportamiento. Las principales son el esponjamiento y la contraccin que se producen en el nivel ante los cambios de carga de vapor, y que modifica el nivel en la direccin opuesta a la que intuitivamente se espera que ocurra ante dicho cambio de carga. As, ante un incremento en la demanda de vapor, el nivel en lugar de disminuir al extraerse ms vapor, se incrementa temporalmente debido a la disminucin de la presin provocada por el

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aumento de consumo. Esta disminucin en la presin provoca un aumento en la evaporacin y en el tamao de las burbujas de vapor (esponjamiento) que hace aumentar el nivel. Por el contrario, ante una disminucin en la carga, en lugar de producirse un aumento en el nivel debido a la disminucin del caudal de vapor, se produce una disminucin debida al aumento de la presin. Esta origina una menor evaporacin y un menor tamao en las burbujas de vapor (contraccin) que hace disminuir el nivel. Control a un elemento

El tpico control de nivel de un elemento que mide la variable (entrada de agua) y regula el caudal de aportacin o extraccin mediante un controlador no es el adecuado para el domo de una caldera, aunque en aquellas calderas pequeas en las que el domo es relativamente grande, y en donde los cambios de carga se producen de una manera lenta, de forma que la presin no se ve muy afectada por dichos cambios, se puede implementar este tipo de control de un elemento.

Control a dos elementos El caudal de vapor es la seal ndice que anticipa una variacin en las necesidades de aportacin de

agua, de forma que se establecer una relacin entre ste y la posicin de la vlvula. Por otra parte, para el correcto funcionamiento de esta estrategia, es imprescindible que la relacin entre la posicin del elemento de control y el caudal aportado por ste no cambie y sea conocida, de forma que para unas condiciones de demanda de vapor dadas, sepamos en qu posicin se ha de situar el elemento de control. Con este diseo, los objetivos expuestos anteriormente se cumplen, a excepcin del de variaciones en la presin de suministro del agua de alimentacin, puesto que esto hara que la relacin entre posicin y caudal variase.

Puesto que en este diseo ante un aumento en el caudal de vapor, ste pedir ms agua al tiempo que el nivel har lo contrario, el ajuste adecuado de estas acciones nos permitir evitar cambios inmediatos en la cantidad de agua y cumplir con el requisito expuesto anteriormente.

Aunque este diseo cumple con la mayora de los objetivos requeridos para un correcto control del agua de alimentacin, tiene un gran inconveniente al no ser capaz de absorber las modificaciones en la presin de suministro.

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Control a tres elementos Hemos visto que en el control a dos elementos se utilizaban el nivel y el caudal de vapor. Para conseguir

un control de tres elementos aadiremos la medida del caudal de agua de alimentacin. Con ello, solucionaremos los problemas planteados con anterioridad sobre la necesidad de repetitividad en el elemento final.

Control de temperatura del vapor Objetivo

Existen calderas cuya produccin es vapor saturado, de tal forma que la temperatura del vapor viene marcada por la presin de operacin, pues son variables directamente relacionadas. Tambin existen calderas en las que el vapor es sobrecalentado de forma ligera para su mejor conduccin o consumo, pero que se dimensionan de forma que las modificaciones en la temperatura del vapor no sean importantes de cara al consumidor. Sin embargo, hay gran cantidad de calderas en las que el vapor generado ha de estar a una cierta temperatura, que asegure el correcto funcionamiento de sus consumidores. En estos casos, en los que normalmente el grado de sobrecalentamiento es mayor, la imposibilidad de disear la caldera para que en todas las cargas requeridas produzca el vapor a la temperatura deseada, obliga a controlar sta de forma que se mantenga dentro de los mrgenes de operacin deseados. Filosofa del control

Existen distintos mtodos de control de la temperatura del vapor, algunos basados en mecanismos de control de la parte gases y otros en la parte de agua de la caldera. Los primeros son tpicos de calderas de centrales trmicas y su uso en calderas industriales es poco frecuente. Los segundos, ms extendidos, consisten en atemperar el vapor bien mediante la inyeccin directa de agua, bien mediante el uso de un intercambiador de calor agua-vapor. El primer mtodo desde un punto de vista de control tendr una constante de tiempo menor y su respuesta ser ms rpida. Sin embargo, al introducir agua en el vapor la calidad de ste vendr modificada por aqulla. En el segundo caso esta posible contaminacin del vapor no existe, pero la respuesta del sistema y por tanto su constante de tiempo ser mucho mayor, con los inconvenientes que esto puede originar al proceso y al ajuste del sistema de control. Control de la demanda Objetivo

El objetivo de este lazo es generar una seal de demanda de carga para los quemadores que mantenga el equilibrio entre la energa entregada y suministrada por el sistema. Al mantener este equilibrio se asegurara una produccin de vapor en las condiciones de operacin necesarias para todo el rango de funcionamiento. Filosofa del control

La demanda de una caldera la generan los usuarios del vapor. Cuando los consumidores abren sus vlvulas demandando ms vapor (energa), el aumento en el caudal provoca que la presin de ste caiga. La magnitud de la cada de la presin depende del volumen de agua, del de vapor, de la magnitud del cambio en la demanda y de la demanda en s. El colector de vapor es el punto en el que se establece el equilibrio entre la energa demandada por los usuarios del sistema y la energa entregada al sistema por el combustible y el aire. Para un caudal de vapor dado, que la presin en el colector permanezca constante

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indicar que existe un equilibrio entre la energa suministrada y la demandada. Por otra parte, podremos decir que existe una relacin 1:1 entre el caudal de vapor y de energa slo cuando las condiciones de presin y temperatura del vapor no sufren variaciones considerables. Sobre estas premisas se puede establecer lo siguiente:

La demanda de vapor = caudal de vapor + error en presin. El suministro = combustible + aire + agua + el cambio de energa almacenada en el sistema. El consumo = vapor de los consumidores. El punto de balance ser el colector de vapor. La presin se mantendr en su consigna cuando el consumo sea igual al suministro siendo

constante la energa almacenada. Un aumento en la presin significar que el suministro es superior al consumo. Un descenso en la presin significar que el consumo es superior al suministro.

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

puede resistir las altas temperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan. Dado que los generadores de vapor son esencialmente intercambiadores, y que el calor a transferir proviene de la energa del combustible, se puede inferir que el hogar constituye el transductor primario de la energa. Por ello, la gran influencia de este conjunto en el rendimiento global de una instalacin.

Las dimensiones y geometra del hogar se adaptan al tipo de combustible, al mtodo de combustin y a la velocidad de liberacin del calor, de tal manera que se haga lo posible por tener una combustin completa y se proporcione un medio apropiado para eliminar la ceniza.

La forma y dimensiones del hogar deben permitir que el combustible queme completamente antes que los gases de combustin toquen las superficies de la caldera que estn mucho mas fras que ellos, y evitar as que se deposite sobre las mismas holln. Este cuerpo, al depositarse forma una capa que aumenta el espesor de la chapa transfiriendo entonces menos calor al agua de la caldera. Los gases de la chimenea saldrn por lo tanto mas calientes originndose mayores perdidas.

La combustin se completa siempre dentro de los lmites del hogar si la caldera est bien diseada y funciona perfectamente.

El primer paso para el proyecto de un hogar de caldera consiste en analizar condiciones de funcionamiento, tales como:

Clase de combustible a utilizar: El tipo de combustible que se utilizar puede predecir en primera aproximacin el volumen fsico requerido, as como tambin la geometra para el hogar y ciertas partes constitutivas ya que para cada tipo de combustible en cada tipo de hogar se libera normalmente una determinada cantidad de unidades de energa por unidad de volumen, unidad de tiempo y temperatura prevista del hogar.

Mxima generacin de vapor y probables limites de carga de la caldera: Al hablar de carga nos referimos a la solicitacin de vapor del sistema, esto implica que para el diseo de una unidad generadora de vapor, es necesario determinar las siguientes caractersticas de la carga:

1. Carga mnima, normal y mxima. 2. Naturaleza de la carga, constante o intermitente.

Es decir, el diseo determinar la capacidad de la caldera para sostener una carga normal con una eficiencia alta.

Presin de funcionamiento y temperatura total deseada: Aquella presin y temperatura a la que estar sometida la caldera en la instalacin influyen entre otras cosas en la resistencia mecnica de los materiales constitutivos de la caldera y su consiguiente desempeo y duracin. Las paredes del hogar deben estar soportadas de forma adecuada tomando en cuenta la expansin trmica con montantes de refuerzos para resistir las fuerzas laterales causadas por la diferencia entre la presin del hogar y la de la atmsfera que lo rodea.

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Mediante ensayos y correlaciones de datos de temperaturas de humos, se ha encontrado que la temperatura de los humos a la salida del hogar est relacionada con el aporte de calor por el combustible y con la efectividad de las paredes del hogar.

Refrigeracin de los hogares El hogar es netamente un recinto delimitado por paredes, techo y piso de agua. Estas ltimas estn

compuestas por tubos unidos entre s por una membrana metlica, ms conocidos como paredes membrana o paredes de agua. En ellas es en donde se produce el cambio de estado agua en vapor, o sea que la temperatura de la mezcla que circula dentro de stos, es la correspondiente a la de saturacin a la presin del domo.

Los hogares enfriados por agua se utilizan en la mayor parte de unidades de calderas, es decir en su gran mayora, y para todos los tipos de combustible y mtodos de combustin. El enfriamiento por agua de las paredes del hogar reduce la transferencia de calor hacia los elementos estructurales y, en consecuencia, puede limitarse su temperatura a la que satisfaga los requisitos de resistencia mecnica y resistencia a la oxidacin. Las construcciones de tubos enfriados por agua facilitan el logro de grandes dimensiones del hogar y optimas de techos, tolvas, arcos y montajes de los quemadores, as como el uso de pantallas tubulares, planchas paredes divisoras, para aumentar la superficie absorbente del calor en la zona de combustin. El uso de hogares con enfriamiento por agua reduce las perdidas de calor al exterior.

Una serie de tubos que forman las llamadas paredes de agua que le dan la forma y encierran la zona radiante de la caldera pues all el calor es transmitido principalmente por radiacin.

Distintos tipos de hogares: o Segn la colocacin de los quemadores el hogar de la caldera puede ser:

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

Turbulento: Cuando los quemadores estn ubicados en las esquinas e inyectan el combustible en forma tangencial. Este tipo de hornos es ideal para la quema de carbn pues ofrece mayor turbulencia y mejor mezcla aire/combustible. El hogar de la caldera debe cumplir bsicamente con los siguientes requisitos:

- Tener capacidad para admitir el volumen de aire necesario para la combustin. - Tener suficiente altura para asegurar circulacin adecuada de agua por los tubos. - Tener dimensin suficiente para evitar que la llama ataque las paredes de tubos. - Tener forma y dimensiones adecuadas para asegurar que los gases llene el hogar proporcionando

absorcin trmica optima en todas las partes. - La tubera del hogar debe ser de la mayor longitud posible para minimizar las soldaduras.

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o Segn el tipo de combustible utilizado: Hogares para combustibles slidos: El combustible ms utilizado es el carbn, en calderas mas antiguas se usaba el carbn con un tamao

relativamente grande, en las ms modernas se usa el carbn pulverizado. Este tipo de calderas disponen de una serie de elementos distintivos como ser:

- Sistema de combustin formado por un sistema de alimentacin de combustible que se coloca sobre la parrilla. En esta es donde se realiza la combustin propiamente dicha. La parrilla puede ser fija, mvil o vibratoria para favorecer la eliminacin de las cenizas. Tambin puede ser de alimentacin superior o inferior en funcin del punto de fusin de las cenizas y la facilidad para eliminarlas. Tambin dispone de un sistema de un mechero de fuel o gas que permite encender o mantener la llama encendida.

- Cenicero para la recogida de polvos que se generan en el proceso de combustin El ms comn de este tipo de hogares es el: Hogar de emparrillado mecnico:

Los hogares mecnicos se disean para que el combustible se alimente mediante una parrilla, en la que se quema con aire comburente ascendente, que pasa a travs de la misma. La parrilla se ubica en el hogar de la caldera y est diseada para evacuar los residuos o cenizas de la combustin, que quedan tras el proceso; esta tecnologa se desarrolla para quemar un amplio rango de combustibles en aplicaciones industriales.

El campo de los combustibles utilizados se extiende desde todos los tipos de carbones, hasta desechos de bagazo, cscaras de almendras y arroz, basuras, etc. En un hogar mecnico se pueden quemar casi todos los tipos de carbones; sobre parrilla se pueden quemar las basuras, madera, cortezas, pozos, cscaras, etc., solos o en combinacin con el carbn, fuel oil y gas natural.

Los modernos sistemas de combustin en hogares mecnicos se componen de: - Un sistema de carga o alimentacin de combustible - Una parrilla, estacionaria o mvil, que soporta la masa en combustin del combustible y admite a su

travs la mayor parte del aire comburente - Un sistema de descarga de cenizas

Hay dos tipos generales de alimentacin de hogares mecnicos, de carga superior e inferior - En los hogares mecnicos de carga superior, el combustible se suministra sobre la parrilla mediante

cargadores, mientras que el aire comburente se alimenta desde la parte inferior de la parrilla - En los hogares mecnicos de carga inferior, el combustible y el aire comburente se suministran desde la

parte inferior de la parrilla del hogar Hogares para combustibles slidos lquidos y gaseosos:

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Los hogares para estos tipos de combustibles son mas sencillos porque el sistema de combustin se limita a los quemadores y por ende el hogar puede estar mas fcilmente formado por los propios tubos de la caldera (pantallas de agua). El mas utilizado industrialmente es el: Hogar ciclnico:

En el caso de las calderas de combustible pulverizado la combustin no se realiza sobre parrillas sino en quemadores de manera similar a los de combustible lquido y gaseoso, los cuales mediante el movimiento circular permiten eliminar las cenizas y mejorar la estabilidad de la llama.

o Otros tipos de hogares: De acuerdo al tipo de caldera puede haber otra clase de hogares, si nos referimos a las calderas

pirotubulares, los hogares pueden ser internos o externos. Los primeros son aquellos que se encuentran completamente rodeados por el agua de la caldera. Consta esencialmente de un cuerpo cilndrico cerrado por medio de dos placas que se unen entre s con dos barras de refuerzo para evitar las deformaciones que originan los grandes esfuerzos. Estos hogares utilizan tubos corrugados para una mejor operacin y transferencia de calor, estos tubos se encuentran fijados, por un lado, a la chapa frontal de la caldera y por la otra extremidad a la cmara de humo donde desembocan los gases de combustin

En cuanto a los de hogar exterior constan esencialmente de un cuerpo cilndrico cerrado por medio de dos placas que se unen entre s con dos barras de refuerzo para evitar las deformaciones que originan los grandes esfuerzos. Estos hogares se encuentran fuera del alcance del cuerpo de agua, o sea, no tienen un contacto directo con el cuerpo de agua a evaporar

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COMBUSTION Introduccin

Definimos la combustin como una reaccin qumica rpida exotrmica en la que se realiza la oxidacin de una sustancia y la reduccin de otra. Para que se produzca la combustin es necesario que estn presentes tres elementos fundamentales:

Comburente: es la sustancia que se reduce. El comburente ms habitual es el oxgeno contenido en el aire atmosfrico.

Combustible: la sustancia que se oxida, es decir, el elemento que se quema. Los ms habituales son C, H, O y a veces, N y S.

Temperatura de ignicin: debe ser lo suficientemente elevada como para producir el encendido. Las reacciones qumicas deben satisfacer unas condiciones para que tengan lugar en el proceso de

combustin: Adecuada proporcin entre combustible y comburente. La mezcla de las dos sustancias debe ser uniforme. La temperatura de ignicin se establecer y ser monitorizada de manera que el combustible contine

su ignicin sin calor externo cuando comience la combustin. Tipos de combustin:

Combustin con exceso de aire: Existe una cantidad de aire superior al mnimo necesario. Cuando se utiliza exceso de aire, no se producen inquemados.

Combustin con defecto de aire: Es la que se lleva a cabo con menor cantidad que el aire mnimo necesario. Cuando se utiliza un defecto de aire tiene a producirse inquemados.

Combustin completa: Es aquella donde el carbono se consume completamente; caso contrario la combustin es incompleta.

Combustin perfecta: Es aquella en la cual el carbono se transforma totalmente en CO2; En el caso de producirse CO la combustin imperfecta.

Las tres funciones ms importantes que tiene un hogar desde el punto de vista de la combustin son: a) Proveer el espacio necesario para acomodar la llama, sin que sta toque los tubos. De no evitar esto,

se corre el riesgo de la extincin anticipada de los extremos de la llama que entran en contacto con los tubos, ya que estos ltimos estn a mucho menor temperatura que la llama. Este fenmeno se exterioriza mediante la emisin de humos, producto de una combustin incompleta.

b) Mantener la temperatura de la llama y de los gases lo ms alta posible durante el tiempo necesario con la finalidad de que la combustin se complete sin humos cenizas.

c) Proveer un recinto hermtico que evite las fugas de gases o entrada de aire ajeno a la combustin. Exceso de aire

El exceso de aire se debe a que el tamao de las partculas del combustible impide una mezcla perfecta entre el combustible y el comburente y a que el tiempo que permanece la mezcla dentro del hogar es muy corta, saliendo por la chimenea una parte de aire que no ha reaccionado. Al introducir mayor comburente, aparecen reacciones secundarias. Esto obliga a emplear una cantidad real de aire comburente mayor del aire mnimo de combustin; por tanto, el exceso de aire es la diferencia entre el aire realmente introducido y el aire mnimo calculado.

Se queman las sustancias combustibles del combustible, hasta el mximo grado de oxidacin, esto quiere decir que no tendremos sustancias combustibles en los humos. Un punto critico la posible formacin de cido sulfrico generado por el azufre que contienen los combustibles provoca corrosiones en los conductos y chimeneas cuando se condensa por debajo de 150C; si se producen estos cidos, tendremos que evacuar los humos a temperaturas superiores por la chimenea, con lo que se producen prdidas de calor importantes (Prdidas por el calor sensible de los humos). Rendimiento de la combustin

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El rendimiento de combustin es la relacin entre la fraccin de energa realmente liberada en el proceso, y el total terico disponible, que da una idea del grado de aprovechamiento del combustible, para las condiciones de trabajo dadas.

El factor que tiende a disminuir dicho rendimiento es el escaso tiempo disponible para el proceso, para controlar ese factor se debe aumentar el tiempo o estada de los gases en el hogar, para lo cual se puede aumentar el recorrido de los gases aumentando las dimensiones, o bien, aumentar dicho recorrido sin aumentar las dimensiones fsicas del hogar, pero modificando la circulacin en forma de flujo helicoidal (hogares ciclnicos).

El hogar de una unidad convencional de carbn pulverizado (relativamente grande), facilita un tiempo de residencia suficiente para que el O2 pueda penetrar en los productos de combustin que se mantienen alrededor de las partculas de carbn y para refrigerar la ceniza a fin de evitar el ensuciamiento del paso de conveccin. De esta forma se pueden utilizar combustibles residuales sin riesgo de emisiones peligrosas ni problemas operativos.

Los diferentes tipos de combustibles implican diferentes porcentajes de exceso de aire para el funcionamiento satisfactorio.

El tipo de combustible no solamente determina la configuracin fsica de los quemadores y el hogar, sino que tambin determina el flujo de aire requerido, como por ejemplo:

- Carbn y combustibles slidos en general: 20 a 30% de exceso de aire - Combustibles lquidos: 15% - Combustibles gaseosos: 10 a 15%

Control de la combustin: Para el control de la combustin es necesario regular la entrada de combustible para mantener un

suministro continuo de vapor a una presin constante, y de regular la entrada de aire a la caldera en proporcin correcta a la entrada de combustible.

Actualmente comienza a haber importantes cambios econmicos y de las condiciones de funcionamiento de la industria. Por lo tanto, es rentable introducir sistemas de control de tecnologa avanzada para:

- Mantener una presin del vapor constante y un caudal acorde con las variaciones de la carga. - Optimizar el consumo de combustible a travs de un aumento en el rendimiento. - Reducir las emisiones contaminantes.

Mtodos de control de la combustin Control mecnico: La variable primaria a controlar es la presin de vapor, la cual es medida por un presostato modulante.

Dicha seal posiciona elctricamente un motor que acciona directamente la vlvula de fuel oil. El motor acciona a la vez una leva mecnica que mueve el corta tiros de regulacin del aire comburente. Esta leva esta diseada para mantener constante la relacin aire-combustible a las diferentes marchas de la caldera.

Control neumtico directo: La variable a controlar es la presin del vapor y el sistema mecnico anterior se ha sido sustituido por un

sistema neumtico. Tanto este sistema como el anterior funcionan teniendo en cuenta unas condiciones de combustin

impuestas, es decir, de una relacin aire/combustible prefijadas de antemano. No todo son ventajas, en nuestra contra aparecen desequilibrios en la combustin prefijada,

producindose oscuridad de humos e inquemados Control de medida en serie: La presin de vapor acta posicionando la vlvula de entrada del combustible. El caudal de combustible

medido posiciona el cortatiros de regulacin del aire comburente a travs de una estacin manual de relacin aire-combustible. Podemos mejorar el sistema introduciendo las medidas de caudal de combustible y aire comburente, que actan como amortiguamiento del sistema. Al principio acta sobre el combustible, lo que implica una existencia de un desfase en determinados momentos o prolongados que significa un mayor consumo no justificado.

Control de medida en paralelo:

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El aire y el combustible responden simultneamente a las variaciones de la carga, en vez de responder primero uno de ellos y luego el otro, por tanto, se reducen los periodos transitorios.

Control de medida en paralelo con lmites cruzados: Con este sistema se consigue que siempre se disponga de aire en exceso para la combustin ya que: - Cuando aumenta la carga, aumenta primero el caudal de aire y luego el caudal de combustible. - Cuando disminuye la carga, se reduce primero el combustible y despus el aire

COMBUSTIBLES Combustible es toda sustancia capaz de arder, es decir, aquella capaz de combinarse con el oxgeno en

una reaccin exotrmica. Las caractersticas ms importantes de los combustibles son:

Poder Calorfico: Es la energa por unidad de masa del combustible que se libera en una combustin completa y perfecta.

Poder Calorfico Superior (PCS): Tiene en cuenta el calor latente de vaporizacin del agua generada en la combustin.

Poder Calorfico Inferior (PCI): No tiene en cuenta el calor latente de vaporizacin del agua formada en la combustin.

Poder Comburvoro: Es la masa de aire necesaria para realizar la combustin estequiomtrica de 1 Kg. de combustible.

Poder Fumgero: Es la masa de humos secos producidos en la combustin de 1 Kg. de combustible.

Lmites de Inflamabilidad (Inferior / Superior) (Li / Ls): Es el valor mnimo / mximo del porcentaje de combustible que debe estar presente en la mezcla para que se produzca la combustin.

Temperatura de combustin: Es la temperatura, superior a la de inflamacin, a la que se produce la combustin de los vapores de un combustible durante 5 o ms segundos cuando se pone en contacto con una llama.

Tipos de combustibles Los distintos tipos de combustibles se clasifican en el siguiente cuadro:

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o Combustibles Slidos Dentro de este tipo de combustibles se tienen: Madera: Es el combustible ms antiguo y ms tradicional. Si bien es econmico, no presenta gran

inters en la industria por no tener un elevado poder calorfico. Carbn Natural: Combustible fsil slido, formado a partir de antiguas plantas que crecieron en

pantanos o a lo largo de las costas. Los tipos de carbn natural con sus caractersticas ms sobresalientes son:

1. Turbas: Contenido en Carbono: 50-60 %; Humedad: 70-80 %; PCI = 750 Kcal/Kg 2. Lignitos: Contenido en Carbono: 65-75 %; Humedad: 50-70 %; PCI = 3500 Kcal/Kg 3. Hullas: Contenido en Carbono: 75-85 %; Humedad: 5-15 %; PCI = 8500 Kcal/Kg 4. Antracita: Contenido de Carbono: > 90 %; Humedad:< 3 %; PCI = 8000 Kcal/Kg

El contenido de humedad es igual a la masa de agua evaporada dividida por la masa de la muestra. El contenido de humedad de una muestra de combustible produce una prdida de poder calorfico del mismo. La Antracita, si bien no es el carbn de mayor poder calorfico, es el mejor combustible de los carbones por su alta composicin en Carbono y escaso porcentaje de humedad.

Carbn Vegetal: La madera es un compuesto formado por Oxgeno, Hidrgeno, Carbono y Nitrgeno. Estos elementos se transforman en otros compuestos a travs de la combustin. Si se quemara la madera al aire libre, se logra que sta se consuma por completo; en cambio si la misma se quemara en espacios cerrados que slo dispongan unas pequeas aberturas para el paso del aire, se lograr que las sustancias que necesitan menos cantidad de oxgeno ardan antes que las otras. De esta forma, una vez que se detenga la combustin de manera adecuada, se podr recoger las sustancias de la madera que no han entrado en combustin, las cuales forman lo que se denomina Carbn Vegetal. Por lo expuesto, se entiende que el carbn vegetal no es ms que lea que ha sufrido una combustin incompleta. Posee un calor especfico inferior del orden de 6500 Kcal/Kg.

o Combustibles Lquidos Dentro de este tipo de combustibles, los ms utilizados en la industria son aquellos derivados del

petrleo. Del petrleo se obtienen los siguientes hidrocarburos, usados en la industria: Gasoil: Pertenecen a esta categora de destilados puros, compuestos por una gama de

hidrocarburos cuyo nmero de tomos de Carbono est comprendido entre 14 y 20. Su temperatura de ebullicin oscila entre 220-390 C. Su punto de inflamacin es 55 C, posee un poder calorfico inferior igual a 10200 Kcal/Kg.

Fuel Oil: Son los residuos pesados de la destilacin del petrleo y forma hidrocarburos entre 25 y 35 tomos de Carbono. Su punto de inflamacin es 65 C, posee un poder calorfico inferior igual a 9800 Kcal/Kg.

Las propiedades ms importantes de los combustibles lquidos son:

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1. Viscosidad: Resistencia de un fluido a fluir (Sirve para determinar la prdida de carga y las condiciones de pulverizacin)

2. Fluidez Crtica: Temperatura a la cual el fluido deja de fluir 3. Inflamabilidad: El Punto de Llama es la temperatura a la cual el combustible produce suficiente

cantidad de vapores para que la mezcla de stos con el aire sea capaz de inflamarse al contacto con una llama piloto. Si la combustin se produce en forma espontnea, sin llama piloto, la temperatura a la cual se produjo se denomina Punto de Inflamacin del combustible. Por esta razn, no debe almacenarse un combustible a temperaturas superiores a su Punto de Inflamacin.

4. Contenido de Azufre: En una combustin, el Azufre genera Dixido de Azufre en combinacin con el Oxgeno del aire. Si el tiro no funciona correctamente puede condensar el vapor de agua generado en la combustin y ste en combinacin con el Dixido de Azufre dan como resultado Acido Sulfrico (Agente corrosivo para la instalacin).

5. Contenido de Agua: El contenido de Agua en un combustible disminuye su poder calorfico; razn por la cual la misma debe eliminarse o bien minimizarse.

o Combustibles Gaseosos Dentro de este tipo de combustibles, los ms usados industrialmente son: Gas Natural: Mezcla de hidrocarburos ligeros, formado principalmente por metano. Posee gran

rendimiento, es de fcil manejo, su poder calorfico superior es igual a 9300 Kcal/m3. Gas Licuado de Petrleo (GLP): Compuesto por butano y propano. Se obtiene en las operaciones

de refino del petrleo. Se licua a baja temperatura y alta presin para almacenarlos (Ocupan un volumen reducido en estado lquido, aumentando el mismo aproximadamente 300 veces a temperatura ambiente y presin atmosfrica). Su poder calorfico inferior es igual a 10950 Kcal/Kg.

Las propiedades ms importantes de los combustibles gaseosos son: 1. Densidad Relativa (r) : Con respecto al aire seco a 0 C y 1 atmsfera de presin. 2. Intercambiabilidad de los gases combustibles: Dos gases que estn a la misma temperatura son

intercambiables entre s en un mismo quemador cuando, con las mismas condiciones de suministro, mantienen las mismas caractersticas de combustin (Dan llamas idnticas sin cambiar la regulacin y geometra de los quemadores). Para determinar la intercambiabilidad se utiliza el Indice de Wobbe:

3. Mdulo de un gas: Dos gases de Indice de Wobbe diferente son intercambiables entre s, cuando al suministrarlos presiones diferentes, tienen el mismo mdulo y producen el mismo caudal calorfico. El Mdulo de un gas es:

Criterios para la eleccin de un combustible Los criterios a tener en cuenta para la eleccin del combustible a utilizar en la caldera son: La ubicacin geogrfica de la industria. Las posibilidades de aprovisionamiento. El precio del combustible. Problemas ambientales derivados de su uso.

QUEMADORES Introduccin

Los quemadores son los equipos donde se realiza la combustin, razn por la cual deben contener los tres lados del Tringulo de Combustin, es decir que tienen que lograr la mezcla ntima del combustible con el aire y adems proporcionar la energa de activacin.

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En el caso de combustibles slidos y lquidos es necesario pulverizarlos con el objeto de aumentar considerablemente la superficie de contacto entre el dicho combustible y el aire, y permitir de este modo que la combustin se produzca en forma completa. En el caso de los combustibles slidos, antes de pulverizarlos, deben molerse.

Los aspectos a tener en cuenta en la eleccin de un quemador son: Combustible: De acuerdo al combustible que se va a utilizar se asocia un quemador ptimo para

operar con l. Exceso de aire: Cuanto menor sea el exceso de aire, ms alta ser la temperatura de los gases. Margen de Regulacin: El margen de regulacin indica la relacin entre el caudal mximo y mnimo

que puede consumir un quemador funcionando correctamente. Esta relacin depende de: 1. Combustible utilizado. 2. Dimensiones de los conductos de aire y combustible. 3. Velocidad del aire y del combustible. 4. Forma de mezcla de los mismos.

Estabilidad de Funcionamiento: La estabilidad de un quemador se define como la capacidad de mantener la llama dentro de los lmites de su campo de regulacin. Un quemador no es estable si permanece encendido nicamente cuando se emplee una llama piloto. Para lograr la estabilidad del quemador, se suele seguir alguno de los siguientes procedimientos:

1. Generar gran turbulencia en la mezcla de aire y combustible. 2. Precalentar el aire de combustin.

Forma y Dimensiones de la Llama: La forma y dimensiones de la llama son caractersticas intrnsecas del tipo de quemador, no obstante pueden regularse dentro de determinados lmites modificando alguna de las siguientes variables:

1. Turbulencia: Una buena mezcla de aire y combustible lograda por una fuerte turbulencia y altas velocidades da lugar a una llama corta e intensa mientras que una mezcla a bajas velocidades, es decir, flujo laminar, origina llamas largas y suaves.

2. Exceso de Aire: Al aumentar el exceso de aire, la llama tiende a acortarse, mientras que una disminucin del mismo tiende a producir una llama ms larga.

3. Presin del Aire de Combustin: El aumento de la presin del aire de combustin tiende a acortar la llama ya que se incrementa la turbulencia y la velocidad de la llama.

4. Tamao de las Gotas Pulverizadas: A Menor tamao de dichas gotas le corresponde una evaporacin y una combustin ms rpida y por consiguiente una llama ms corta.

Clasificacin de los quemadores De acuerdo al tipo de combustible utilizado, se clasifican los distintos tipos de quemadores:

o Quemadores para Combustibles Slidos El carbn pulverizado es arrastrado por aire caliente hasta el quemador. El aire que arrastra el carbn se

llama Aire Primario. Los quemadores se disponen de modo que la corriente de carbn pulverizado y el aire primario adquieran un movimiento tipo torbellino, pues as se renueva constantemente el aire alrededor de cada partcula de carbn y prosigue la combustin en forma normal.

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o Quemadores para Combustibles Lquidos Quemadores de Pulverizacin Mecnica: Son los ms utilizados en la industria. Para que se

produzca la pulverizacin del combustible, el mismo debe tener baja viscosidad (El Gas Oil posee baja viscosidad a baja temperatura, en cambio el Fuel Oil debe calentarse para disminuir su viscosidad). En este tipo de quemadores, la pulverizacin se realiza por medio de una tobera o chicler a la que llega el combustible a presin (del orden de 16-20 Bar) impulsado por una bomba de engranajes.

Las ventajas que presenta este tipo de quemador son: 1. Combustin homognea. 2. Llama homognea y encendida a la cabeza del quemador. 3. Alto rendimiento de la combustin.

Quemadores de Pulverizacin Asistida: Estos quemadores se utilizan para quemar combustibles pesados como el Fuel Oil. La diferencia con los quemadores de pulverizacin mecnica es que a travs de la tobera se conduce un fluido auxiliar que se inyecta para formar una mezcla con el combustible que se pulveriza ms fcilmente a presin un poco ms baja que en el caso de los quemadores anteriores (12 Bar).

Quemadores Rotativos de Pulverizacin Centrfuga: En este tipo de quemadores se queman combustibles lquidos, tanto ligeros como el Gas Oil como pesados como el Fuel Oil. Una copa que gira a gran velocidad pulveriza el combustible y lo lanza perimetralmente hacia delante en forma de tronco de cono.

o Quemadores para Combustibles Gaseosos Los quemadores ms utilizados para combustibles gaseosos son:

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Quemadores Atmosfricos: La presin del gas provoca la aspiracin del aire primario para la combustin. Este tipo de quemadores son simples y de bajo costo, pero se tienen combustiones con altos ndices de exceso de aire.

Quemadores de Premezcla: En estos quemadores, el aire se mezcla con el combustible gaseoso antes de entrar al quemador, no existiendo en este caso aire secundario.

Quemadores de Flujo Paralelo con Mezcla por Turbulencia: El aire llega paralelo al eje del quemador y se lo hace rotar por la accin de la roseta (Dispositivo con aletas).

o Quemadores Mixtos Se utilizan en grandes calderas para asegurar servicio continuo. Sirven para operar simultneamente o

por separado ms de un combustible.

TIRO EN CALDERAS La combustin que se desarrolla en el hogar de la caldera requiere para su proceso continuo, de un

suministro adecuado de aire y de la remocin de los quemados. Esta funcin la desempea el sistema de

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tiro. Es posible considerar 2 sistemas o mtodos, de acuerdo con la naturaleza del mismo, el tiro natural y el artificial o mecnico. Tiro