Sistemas de una Caldera de tipo Pirotubular

Para comprender de manera eficiente el funcionamiento de una caldera es importante identificar los sistemas que hacen posible su correcta operación. El proceso de producción de vapor se logra por medio de la interacción de los diferentes sistemas y variables que permitan obtener la mejor eficiencia en la caldera.

Desde el punto de vista funcional es posible identificar dos sistemas básicos en una caldera:

 Sistema de agua – vapor.

 Sistema de combustión.

2.4.2.1. Sistema de Agua – Vapor

El sistema de agua – vapor tiene como función suministrar agua a la caldera a presiones adecuadas y condiciones químicas aptas para obtener vapor de la manera más eficiente posible. Además, debe mantener un nivel adecuado dentro del recipiente para poder cumplir con este objetivo.

El sistema de agua – vapor se encuentra conformado por dos subsistemas que actúan de forma integrada, los cuales son:

 Sistema de alimentación de agua: circuito encargado de suministrar agua a la caldera para la producción de vapor. El agua que llega a la caldera debe tratarse previamente para eliminar sales y otras sustancias disueltas en el agua que puedan generar problemas en la caldera.

Existen varios procedimientos químicos para el tratamiento del agua en calderas entre los cuales se encuentran el tratamiento a través de cal de sosa (hidróxido sódico) y el basado de permutita.

54 o Circuito de tratamiento de agua: el tratamiento del agua de alimentación de

la caldera tiene como finalidad cumplir con los siguientes objetivos:

 Prevención de depósitos de incrustaciones que perjudiquen la transferencia de calor dentro de la caldera. Esto puede conllevar al sobrecalentamiento del metal presente en el equipo y a su vez producir daños considerables.

 Eliminación de gases corrosivos existentes en el agua de alimentación de la caldera.

 Prevención de agrietamiento intercristalino o la formación de fisuras en el metal de la caldera.

 Prevención de remanentes de agua y espuma en el fondo de la caldera.

 Sistema de vaporización de agua: el sistema de vaporización de agua requiere de un recipiente hermético que le permita soportar altas presiones y a su vez, debe poseer un recubrimiento de material aislante con el fin de evitar pérdidas de calor. Por lo general, dicho material aislante consiste de ladrillos de tipo refractario.

Los elementos que componen el sistema de vaporización de agua son:

o Quemador: encargado de mezclar el aire con el combustible de manera de optimizar el proceso de combustión.

o Cuerpo de la caldera: recipiente con capacidad de soportar altas presiones y evitar pérdidas de calor.

o Tubo principal u hogar: permite la combustión óptima del combustible y del comburente, además, se encarga de alojar la llama producida en la combustión. o Tubos secundarios: transportan los gases de combustión a la chimenea

55 2.4.2.2. Sistema de Combustión

Las calderas son equipos encargados de proporcionar energía en forma de calor para ser transferida a un fluido de trabajo. Esta energía se obtiene a partir de un proceso de combustión, el cual puede caracterizarse como:

 Combustión completa: se produce cuando se quema todo el combustible con una cantidad mínima de aire.

 Combustión perfecta: se produce cuando el combustible es quemado con una cantidad de aire estequiométrica (teórica).

 Combustión incompleta: se produce cuando no se quema todo el combustible.

Los factores más importantes a tener en cuenta para un desarrollo óptimo de la combustión y mantener un control adecuado en este proceso son:

 Relación aire / combustible (RAC).

 Calidad de la mezcla aire / combustible.

 Espacio necesario para que se desarrolle una combustión adecuada.

 Análisis de los gases de escape.

De esta manera, el sistema de combustión se encuentra conformado por dos subsistemas:

 Sistema de ignición: La ignición se produce por medio de la adición de una fuente de calor a la mezcla de aire/combustible mediante una fuente externa. La temperatura a la cual se produce este proceso se denomina temperatura de ignición. A continuación se explican los elementos que permiten la formación de una llama piloto en el interior de la caldera.

56 o Suministro de Aire: Es uno de los factores más importantes para el proceso de combustión y funcionamiento de la caldera. El suministro de aire permite el barrido de gases en el proceso de encendido y permite la fase de combustión y operación en régimen de la caldera. Para ello, se requiere que el suministro de aire sea realizado adecuadamente a modo de mantener una RAC correcta que permita mantener en todo momento la capacidad de producción máxima de la caldera.

El suministro de aire se realiza por medio de un ventilador centrífugo, el cual toma el aire ambiente y lo dirige hacia el quemador a través de un ducto. Para el correcto encendido del ventilador se deben cumplir las siguientes condiciones: nivel de agua adecuado al interior de la caldera y presión de vapor normal.

Para graduar el flujo de aire requerido para la combustión de manera más precisa, el ventilador cuenta con un variador de velocidad que controla la velocidad en el motor del ventilador.

57 El proceso de combustión al interior de la caldera se realiza mediante una mezcla aire/combustible a través de un quemador. Luego de la combustión quedan en el interior de la caldera ciertos gases residuales producto de la combustión, por ello es necesario evacuar estos gases antes del proceso de encendido de la caldera a modo de evitar problemas en la combustión.

La extracción de los gases de combustión se realiza por medio del ventilador, el cual actúa durante un tiempo determinado para la extracción de los gases. Este tiempo se denomina periodo de pre purga y se encuentra gobernado por el controlador de encendido de la caldera.

El controlador posee un temporizador que es energizado luego de recibir una señal de presión de aire adecuada y actuará por un tiempo de 30 segundos aproximadamente para luego dar inicio al periodo de ignición.

58 o Sistema de Combustible Piloto: Es el encargadode proporcionar y mantener la llama piloto que permita el encendido del quemador de la caldera durante el periodo de ignición. Este sistema se compone de:

 Regulador de presión.

 Válvula de ignición.

 Sistema Venturi.

 Electrodo de ignición.

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 Sistema Principal de Combustible: Sistema encargado de suministrar a la caldera el combustible necesario para el proceso de producción de vapor. El sistema principal de combustible se compone de los siguientes elementos:

 Regulador de combustible

 Válvula manual de cierre

 Manómetro de alta y baja presión

 Sensor/Interruptor on/off alta presión de combustible

 Válvula principal de combustible

 Servo válvula de control proporcional de combustible

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