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GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE VAPOR
CALDERAS
La Caldera es un intercambiador de calor que, trabajando con presión superior a la atmosférica, produce vapor, a partir de la energía térmica proveniente de una fuente cualquiera. Está constituida por distintas piezas integradas, para permitir la obtención del mayor rendimiento térmico posible y la mayor seguridad de operación.Esta definición abarca todos los tipos de calderas, sean las que vaporizan agua, mercurio u otros fluidos y que utilizan cualquier tipo de energía, inclusive la eléctrica y la nuclear. Casi siempre, la fuente productiva de calor es un combustible utilizado específicamente con ese fin, pero también, pueden ser aprovechados calores residuales de algunos procesos industriales, escape de grandes motores Diesel o de las turbinas a gas. En este caso, el equipo es llamado "Caldera de recuperación".
Algunas veces, el fluido permanece en el estado líquido, solo con temperatura elevada, que puede ser aprovechada en los procesos de calentamiento (calefacción), siendo llamadas calderas de agua caliente. La producción de vapor puede conseguirse también, por la absorción de la energía térmica desprendida de la fisión nuclear del uranio. (Fuera del alcance de esta materia)
CLASIFICACIÓN Existen diversas maneras de clasificar las calderas: Por ejemplo, pueden ser clasificadas según los siguientes aspectos:
1.1.- Con relación a la localización agua-gases. A) Pirotubulares Verticales Horizontales Hogares corrugados Hogares lisos Fondo seco Fondo húmedo
Observación: Todos los tipos mencionados pueden tener 1, 2 o 3 pasos de gases a través de las superficies intercambiadores de calor, excepto las verticales.
B) Acuotubulares. Tubos rectos Tubos curvos Tubos inclinados Perfil A Perfil B Perfil C
Lámina, cortina o pared de agua.
C) Mixtas
1.2. Con relación a la energía empleada para el calentamiento. a) Combustibles. Sólidos Líquidos. Gaseosos. b) Eléctricas. Chorros de agua Electrodos sumergidos. Resistores. c) Calderas de recuperación.
Gases de otros procesos.
d) Nucleares. 1.3. Con relación al montaje.
a) Calderas premontadas (compactas) b) Calderas montadas en el lugar de instalación. 1.4. Con relación a la sustentación.
a) Calderas auto sustentadas.
b) Calderas suspendidas.
c) Sustentación mixta.
1.5. Con relación a la circulación de agua.
a) Circulación natural.
b) Circulación forzada
1.6. Con relación al sistema de tiraje.
a) Tiro natural.
b) Tiro forzado.
c) Tiro balanceado o inducido. A) CALDERAS
PIROTUBULARES:
Este fue el primer tipo de caldera que se construyó. También llamada calderas de tubos de fuego, tubos de humo o humo tubulares, debido a que los gases calientes provenientes de la combustión circulan por el interior de los tubos en uno o más pasos, quedando el agua rodeando a los mismos. Es el tipo de caldera más simple.
Muy usada en locomotora y navíos, inclusive con la aparición de calderas más modernas, este tipo todavía continua usándose.
De acuerdo al esquema, notamos que la caldera tipo piro tubular no es mas que un cilindro externo que contiene el agua y un cilindro interno destinado al hogar. Su tiro o salida de gases es normal. La carcaza o cuerpo de la caldera, está construido en chapa de hierro, de espesores variables según el porte de la caldera y la presión de trabajo. El mínimo de espesor permitido según norma A.S.M.E. es de 3/8" de pulgada y recomienda como máximo 3/4".
Sucesivos estudios e investigaciones, realizados con el objeto de lograr el perfeccionamiento de las calderas, revelaron que la temperatura de los gases en la chimenea oscilaba entre 316 °C y 427 °C, y era mucho el calor perdido por la chimenea.
Resolvieron aprovechar estas pérdidas, con el fin de reducir el costo de producción, economizando combustible, que en la época era el carbón mineral.
El problema fue resuelto, aumentando la superficie de calentamiento del economizador para calentar el agua de alimentación, colocando tubos en cantidad suficiente y forzando con ventiladores el paso de los gases calientes por los tubos antes de lanzarlos por la chimenea. Con esta modificación, el rendimiento fue aumentando hasta en un 80 %.
Se puede, clasificar las calderas pirotubulares antiguas en: HORIZONTALES Y VERTICALES
Fig. 1 a: Caldera
3
Fig. 1 b:- Esquema de
paso de los gases.
CALDERAS
HORIZONTALES Calderas "CORNUALLES": Constan de un Cilindro colocado internamente en el sentido horizontal, uniendo el hogar con el lugar de salida de los gases. Su funcionamiento es simple, tiene bajo rendimiento y su presión de trabajo no supera 10 kgf /cm2.
Calderas "LANCASTER": Su construcción es idéntica a la "Cornualles", presentando de dos a cuatro tubos internos.
Observación: Estos tipos de Calderas son muy antiguos y se encuentran con poca frecuencia en nuestro medio. Se las menciona a titulo informativo. También son conocidas como de tubos de fuego directo, porque los gases recorren los tubos de la caldera una única vez. Hay algunas que tienen tubos de fuego y de retorno, los gases desprendidos durante la combustión en el hogar, circulan por tubos que los hacen retornar hacia el hogar. Otras calderas presentan los dos tubos conjugados, el de calentamiento directo y el de retorno, los gases calientes circulan por los tubos directos y regresan por los tubos de retorno.
Calderas MULTITUBULARES de hogar externo: El calentamiento es realizado directamente al realizarse la combustión en la base del cilindro, haciendo que los gases circulen por los tubos de fuego. El hogar puede estar construido con materiales de albañilería refractarios y ocupa casi toda la extensión del cilindro.
Calderas ESCOCESAS compactas: Este tipo de caldera ha tenido gran empleo en la Marina, por estar construida de tal manera que todos los equipos colocados forman una única pieza.
Su diámetro es bastante reducido, es de fácil transporte y puede ser operada inmediatamente. Los gases producidos en el hogar circulan varias veces por las tubulaciones, y son expulsados por ventiladores. Solo se usan como combustible: Fuel oíl o Gas y su rendimiento puede alcanzar hasta el 83%. Actualmente se han adaptado también para utilizar leña con muy buenos resultados.
Calderas para locomotoras o LOCOMOTRICES.: También son del tipo multitubular. Su característica principal es el hogar que presenta una pared doble de chapa, por donde circula el agua. El combustible es leña o carbón. Poseen, en la parte inferior un conjunto de rejillas o parrillas que sirven para mantener la leña o el carbón en posición de combustión y facilitar la separación de las cenizas, las que son captadas en una caja colocada inmediatamente abajo de la rejilla y se llama cenicero. En las locomotoras, el cenicero, además de constituirse en un dispositivo de seguridad, es también usado como regulador de tiro, tanto en las locomotoras paradas como en marcha.
CALDERAS VERTICALES
Este tipo de caldera tiene las mismas características de la caldera horizontal multitubular. Los tubos están colocados verticalmente dentro del cilindro y el hogar interno queda en la parte inferior del cuerpo del cilindro. Existen tipos en los cuales el hogar es externo. Esta caldera es usada en locales donde el espacio es reducido y no se requiere gran cantidad de vapor, pero sí altas presiones. Los gases resultantes de la combustión en el hogar suben por los tubos y calientan el agua que se encuentra por el lado de afuera de los mismos.
Fig. 3: Caldera
Acuotubular. Sus
QUEMADORES
5 B) CALDERAS
ACUOTUBULARES
Cuando vimos sobre el proceso evolutivo por el que pasaron las calderas, vimos que en las calderas de tubos de fuego primitivas, las superficies de calentamiento eran muy pequeñas; y que estas pudieron ser aumentadas, en la medida que se aumentaron las cantidades de tubos. Pero, por más tubos que se fueran colocando dentro de la caldera, la superficie continuaba siendo pequeña para algunas necesidades, causando algunos inconvenientes, tales como: bajo rendimiento, mucha demora en su puesta a régimen para la producción de vapor, etc.
La creciente industrialización en todos los países y la creación de nuevos métodos industriales exigían calderas de mayor rendimiento, menor consumo; las pirotubulares existentes no eran de rápida producción de vapor, al contrario, su puesta en marcha inicial era lenta, que hizo necesario crear un nuevo tipo de caldera.
La presión en las calderas, sin embargo, permaneció limitada hasta el primer diseño viable de la caldera tubular, patentada en 1867 por los inventores estadounidenses George Herman Babcock y Stephen Wilcox. En la caldera tubular el agua recorría unos tubos calentados por gases de la combustión y el vapor se acumulaba en un tambor. Esta disposición aprovechaba el calor de convección de los gases y el calor radiante del fuego y las paredes de la caldera. La amplia aplicación de la caldera tubular se hizo posible en el siglo XX con adelantos como las aleaciones de acero de alta temperatura y las técnicas modernas de soldadura, que convirtieron la caldera tubular en el modelo de las grandes calderas. Basados en los principios de termodinámica y en las experiencias con los tipos de calderas existentes en la época, los fabricantes resolvieron invertir lo que estaba siendo realizado, y cambiaron los tubos de fuego por tubos de agua, permitiendo de éste modo aumentar la superficie de calentamiento. La caldera de tubo de agua está basada en el hecho de que: "cuando un líquido es calentado, las primeras partículas calentadas quedan más livianas y suben, en tanto que las partículas frías más pesadas descienden, y a su vez al recibir calor, vuelven a subir, originándose así un movimiento continuo, hasta que el agua entra en ebullición". Se puede observar claramente este proceso cuando se pone agua a hervir en un recipiente abierto. Este proceso físico se denomina " transmisión de calor por convección".
En el esquema presentado en la figura siguiente, podemos notar que el agua es evaporada en los tubos que constituyen la pared interna que está recibiendo calor, donde parte se evapora y sube junto con el agua hasta el colector superior, donde se separa el vapor, y de éste modo da lugar a una nueva cantidad de agua más fría que será evaporada y así sucesivamente.
Sobre la base de todo lo expuesto, se crean distintos tipos de calderas de tubos de agua:
- Calderas acuotubulares de tubos rectos, pudiendo estar los colectores colocados en el sentido longitudinal o transversal.
- Calderas acuotubulares de tubos curvos, que pueden presentarse con uno o más colectores, tanto en el sentido longitudinal como transversal.
- Calderas acuotubulares de circulación positiva.
Las modernas calderas tubulares pueden operar a presiones de 340 atm y generar más de 4.000 toneladas de vapor por hora. Dado que la temperatura de combustión puede superar los 1.650 °C, el flujo de agua se controla mediante circulación simple o forzada. Con la utilización de los llamados supercalentadores, las calderas modernas pueden alcanzar un 90% de rendimiento del combustible. Los precalentadores calientan el aire que entra con los gases de la combustión que se descargan al conjunto; los precalentadores de agua utilizan los gases de los conductos para calentar el agua antes de introducirla en la caldera. El control de las corrientes y el tratamiento químico del agua para evitar la deposición de óxidos y la corrosión también contribuyen a la eficiencia del funcionamiento.
CALDERAS ACUOTUBULARES DE TUBOS RECTOS
CALDERA DE TUBOS RECTOS Y TAMBOR LONGITUDINAL
Consiste en un haz de tubos rectos y paralelos que se interligan con el colector de vapor, a través de cámaras, de acuerdo a lo que ilustra la figura. Por los espacios existentes entre los tubos circulan los gases calientes.
Estas fueron las primeras calderas a tubos de agua que surgieron y tenían una capacidad de producción desde 8 a 80 toneladas vapor / hora con presiones de hasta 45 kg/cm2. Los proyectos fueron
aprovechados por la empresa Babcok & Wilcox y Steam Muller Corp. (EE.UU.) y Franco Tossi de Italia.
CALDERAS ACUOTUBULARES DE TUBOS CURVOS
La principal característica de este tipo de calderas, resulta que los tubos se unen a los colectores por soldadura y/o mandrilado, lo que asegura una gran economía en la fabricación y facilidad en el mantenimiento. Además de ser bastante prácticas para limpiar, posibilitan la producción de gran cantidad de vapor.
Las primeras calderas de este tipo fueron proyectadas y construidas por Stirling. Presentaban un número de colectores transversales superiores y uno inferior, existiendo modelos con dos colectores inferiores.
Partiendo de este modelo, fueron proyectadas otras nuevas calderas. Con el objetivo de aprovechar mejor el calor irradiado en el hogar, con el mejoramiento en el tratamiento del agua se redujo el diámetro de los tubos, y se agregó una pared de agua alrededor del hogar, lo que sirvió como medio de protección al refractario de la misma.
CALDERA ACUOTUBULAR DE TUBOS CURVOS Y PARED DE AGUA CORTE DE UNA CALDERA ACUOTUBULAR COMPACTA
La circulación de agua en las calderas acuotubulares ocurre por diferencias de densidad. Si la circulación fuera deficiente puede ocurrir un sobrecalentamiento en los tubos que queden sin agua y consecuentemente, habrá ruptura de los mismos.
CALDERAS ACUOTUBULARES COMPACTAS
Cuando hablamos de las calderas de tubo de fuego compacta, vimos que este tipo es mucho mas usada en lugares de pequeño espacio y en instalaciones móviles, debido a la facilidad de ser transportada. Lo mismo ocurre con la caldera acuotubular compacta que también presenta estas ventajas. Ver Fig- 1. La capacidad media de una caldera de este tipo es de 30 toneladas de vapor por hora, pero existen calderas que producen hasta 3 veces más.
9 CALDERAS DE
CIRCULACIÓN POSITIVA
La circulación de agua en las calderas acuotubulares ocurre por diferencias de densidad. Si la circulación fuera deficiente puede ocurrir un sobrecalentamiento en los tubos que queden sin agua y consecuentemente, habrá ruptura de los mismos.
Las calderas con circulación positiva son las que vienen con bombas externas, para forzar la circulación del agua.
La primera caldera de este tipo fue la de Flujo Unidireccional o calderas "Benson". Esta caldera no poseía colector inferior. Su gran ventaja es la de poder llevar su presión a valores muy altos, así como su capacidad, pero exige mucha pericia en la operación.
Existe también la caldera BELSER que es la misma caldera BENSON con el agregado del colector de vapor, el cual utiliza una pequeña parte del agua evaporada para el calentamiento del agua de entrada.
11 C) CALDERAS
ELÉCTRICAS
Están básicamente constituidas por el casco o colector, donde se halla contenida una cuba interna y los electrodos, uno por fase. El casco es un vaso de presión, cilíndrico vertical, aislado térmicamente y conectado a una buena tierra. La cuba interna se halla aislada eléctricamente por medio de soportes de porcelanas adecuadas.
La alimentación de energía eléctrica es efectuada a través de tres electrodos soportes, uno por cada fase, dispuestos a 120 grados y fijados con aisladores en la parte superior del colector. En la extremidad inferior de los electrodos soporte, están montados los electrodos de contacto, los cuales quedan inmersos en el agua en el interior de la cuba.
La corriente eléctrica, al pasar a través del agua, en el interior de la cuba, provoca su calentamiento y vaporización.
El agua pura es considerada mal conductor de la corriente eléctrica, por lo tanto deben ser adicionadas determinadas cantidades de sales para que pueda obtenerse una determinada conductividad.
Algunos fabricantes recomiendan la adición de sales de fosfato trisódico en el agua de alimentación (observe que esta adición debe ser calculada y colocada después del tratamiento químico del agua de alimentación para evitar incrustaciones).
La cantidad de vapor generada (kg/h) depende directamente de los siguientes parámetros: - conductividad del agua;
- nivel del agua;
- distancia entre los electrodos. TIPOS DE CALDERAS
ELÉCTRICAS
a) Tipo de Electrodo Sumergido: generalmente destinada a trabajar con presiones de vapor no muy elevadas (aproximadamente 15 kgf / cm2). La figura muestra uno de los posibles esquemas, utilizando el sistema de electrodos sumergidos.
b) Tipo a Chorro de Agua (catarata): destinada a presiones de vapor elevadas y grandes cantidades de vapor. Obsérvese uno de los posibles esquemas en la figura.
c) Tipo de Resistencia: destinada, generalmente, a pequeñas producciones de vapor. En la mayoría de los modelos encontramos en diseño horizontal, utilizando resistencias de inmersión.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LAS CALDERAS ELÉCTRICAS
• No necesitan de áreas para almacenaje de combustible. • Ausencia total de polución (no hay emisión de gases). • Bajo nivel de ruido.
• Modulación de la producción de vapor de forma rápida y precisa. • Alto rendimiento térmico (aproximadamente 98,0%)
• Mejora del Factor de Potencia y Factor de Carga. • Área reducida para la instalación de la caldera.
• Necesidad de conectar a tierra la caldera , en forma rigurosa. • Tratamiento riguroso del agua.
• Contar con suministro de energía eléctrica suficiente.
Fig. 4. Caldera eléctrica de producción de agua caliente (a) Potencia 12 a 180 kW (10 320 a 154 800 kcal/h) (b) Potencia 180 a 1800 kW (154 800 a 1 548 000 kcal/h)
13 PARTES DE UNA
CALDERA.
Como vimos, las calderas pueden ser pirotubulares, acuotubulares y calderas eléctricas. Los componentes varían de acuerdo al tipo de caldera.
El tipo de combustible empleado, que puede ser sólido, liquido o gaseoso determina el tipo de hogar con el que vendría equipada la Caldera.
Vamos a referirnos a las partes componentes divididas según su aplicación.
HOGARES Un factor importante en el hogar es que debe construirse como un recinto cerrado y térmicamente aislado del medio exterior. Debe ser de ladrillos refractarios de buena calidad, porque las temperaturas pueden alcanzar hasta 1.600ºC, dependiendo del tipo de hogar.
Es de vital importancia tener presente que en el momento que han sido instalados ladrillos refractarios nuevos (una instalación nueva o una sustitución por razones de mantenimiento) la aplicación de calor en los primeros días (4 o 5 días) sea realizada de a poco y se vaya aumentando gradualmente hasta logar eliminar totalmente la humedad contenida en ellos y se hubiere alcanzado sus características de operación.
En el caso de no seguirse este procedimiento y se aplica un calor elevado bruscamente, las mampostería de ladrillos refractarios podrán deteriorarse.
Otra forma de presentación de los elementos refractarios es en forma de revestimiento, y es aplicado bajo la forma de mezcla o cemento.
Un buen refractario debe tener las siguientes características: - Alta refracción y alto punto de fusión.
- Alta refracción bajo carga. - Resistencia al choque término. - La dilatación deberá ser casi nula.
Los componentes con que son fabricados los refractarios pueden variar de acuerdo a su aplicación y a la temperatura que tendrán que soportar. Los principales componentes son: óxido de sílice, óxido de aluminio, óxido de magnesio, grafito, sílice, etc.
Hogares para la combustión de combustibles sólidos:
Son los hogares con soportes para el combustible en forma de emparrillado. Los emparrillados pueden ser planos, inclinados o dispuestos en forma de escalones.
Este tipo de hogar se destina a la combustión de leña y sus derivados, carbón y subproductos de procesos industriales: bagazo de caña, cáscara de arroz, carozo de coco etc. Normalmente, la carga o alimentación del hogar es realizada manualmente en pequeñas calderas, siendo mecanizada en grandes unidades.
La desventaja que tienen es el descenso de la temperatura en el hogar en el momento de la introducción del combustible, también producen una gran cantidad de residuos (cenizas) y su uso es limitado a las calderas de pequeña capacidad.
Hogares para combustibles líquido o gas.
Existe una gran variedad. Los utilizados para cierto tipo de calderas piro tubulares, en la que los gases calientes pasan por dentro de los tubos. Otros tipos para calderas acuotubulares, en la que el agua
circula dentro de los tubos. La región externa a los tubos es lo que configura el hogar en las acuotubulares.
Hogares para combustión de combustible en suspensión
Son los usados para la quema de aceites, gas o combustible sólidos pulverizados. Para que se realice una combustión ideal, una de las condiciones principales es que el combustible pase al estado gaseoso.
El elemento responsable para iniciar la oxidación del combustible es una llama piloto o auxiliar que se usa en éstos hogares proveída por un mechero a gas o una estopa embebida en gas oil. Como ya lo mencionáramos, en este tipo de hogar es fundamental pulverizar finamente el combustible para facilitar su combustión.
Por todo lo expuesto, hallamos que los hogares desempeñan un papel importante en los generadores de vapor y por lo tanto en su proyecto y construcción deben ser contemplados todos los aspectos que detallamos a continuación.
a) el tipo de combustible, b) la facilidad de limpieza,
c) el tenor de cenizas producidas por el combustible, d) la volatilidad del combustible,
e) la temperatura en el hogar, f) el régimen de trabajo, g) la inyección del aire,
h) la cantidad de combustible a quemar,
i) la coordinación con los medios de alimentación del combustible.
Todo esto debe ser realizado, tomando en cuenta la finalidad de la caldera, sus componentes y la superficie del local y los alrededores de la instalación.
TUBOS DE LA ZONA DE CONVECCIÓN
Existen dos tipos de tubos: uno para calderas pirotubulares y otro para calderas acuotubulares, independientemente del tipo de combustible a ser utilizado.
Tubos de generación de vapor.
Los tubos son los elementos que reciben la mayor cantidad de calor del hogar. Estos tubos tienen la finalidad de transferir el calor de los gases calientes el agua.
En las calderas pirotubulares, como hemos visto, los gases pasan por dentro de los tubos y el agua los rodea por afuera.
En las calderas acuotubulares estos tubos tienen el agua en su interior y forman las paredes del hogar, recibiendo el calor directamente de los gases de la combustión.
Tienen también el papel de conectar el colector de vapor superior a los colectores o depósitos de agua inferiores. Completando la circulación del agua en convección natural en el sentido descendente en los tubos de retorno que se hallan externos a la cámara de combustión. El agua, al recibir calor en el haz tubular interior se vuelve mas liviana, menos densa y tiende a subir en corriente ascendente hacia el colector de vapor, donde se separa el vapor.
CUERPOS CILÍNDRICOS (COSTADO, CASCO O CARCAZA)
Sólo se usan en las calderas pirotubulares. Los gases pasan a través de los tubos y el agua que envuelve estos tubos es contenida por el cuerpo cilíndrico. Podemos decir para tener una mejor idea, que es un cilindro con agua atravesado por los tubos.
El nivel de agua en los cilindros nunca supera las 3/4 partes de su capacidad y nunca inferior a la mitad, estando o debiendo estar por lo menos 5 cm arriba de la última hilera de tubos.
Las extremidades del casco pueden ser de diversos tipos: - Espejos (con abertura, sin abertura, con costillas, sin costillas). - Tapones planos.
- Tapones convexos (elípticos, hemisféricos).
QUEMADORES Para cada tipo de combustible existen determinados tipos de quemadores, independiente del tipo de caldera (pirotubular y acuotubular)
15
finamente dividido en partículas (gotitas) cuyos diámetros varían, aproximadamente, de 30 a 150 micrones, de este modo la gasificación es más rápida, permitiendo que la superficie de contacto del combustible con el oxigeno del aire de combustión sea aumentada considerablemente. La pulverización del combustible es obtenida por medio de un agente pulverizador.
Los diversos tipos de quemadores existentes en el mercado, pueden ser clasificados, con relación al proceso empleado para la atomización, y se dividen en dos clases:
1.- Quemadores de pulverización con fluidos auxiliares (aire o vapor) y (Quemadores mixtos). 2.- Quemadores de pulverización mecánica. (Quemadores mecánicos).
3.- Quemadores de Pulverización con Fluido Auxiliar a) Quemador de Pulverización con aire de baja presión
Este tipo de quemador se encuentra en hornos industriales y algunas calderas antiguas. La presión de aire varía de 150 a 800 mm. de columna de agua y pasa para el pico del quemador a través de paletas que le dan un movimiento rotativo.
Debido a la forma cónica del pico del quemador, la Velocidad del aire es aumentada sin que se modifique su movimiento espiral.
El efecto de torbellino obtenido hace que el aceite combustible admitido, y ya parcialmente precalentado, sea enteramente mezclado con el aire, facilitando la combustión.
En un quemador de aire de baja presión, la velocidad del aire varía con la raíz cuadrada de la presión. De modo que si la presión del aire en el pico del quemador, en un momento determinado corresponde a la descarga máxima: 635 mm. de la columna de agua, al tener que reducir la descarga del aceite a la mitad será necesario reducir la presión de aire alrededor de 160 mm. de la columna de agua, de modo que se mantenga en correcta proporción la mezcla aire-aceite.
En los quemadores de baja presión son necesario grandes volúmenes de aire. En general, no son satisfactorias las condiciones de pulverización por debajo de los 250 mm. de columna de agua. La viscosidad máxima del aceite admisible en este tipo de quemador está en torno a los 90 SSU.
b) Quemadores Rotativos (baja presión de aire).
Son modificaciones del sistema de pulverización a aire de baja presión. Consisten, esencialmente, en un vaso de forma tronco-cónica, que gira a altas rotaciones dentro de una cobertura fija, dotado de paletas de formato cónico que produce en el aire una rotación en el sentido opuesto al giro del vaso.
Al ser introducido el aceite dentro del vaso cónico, la fuerza centrífuga hace que al abandonar el vaso refractario, se esparza, formando las gotitas de aceite que son proyectadas por la corriente de aire. El efecto de torbellino resultante se traducirá en una alta pulverización de aceite, y el aire con el aceite mezclados, causará su combustión inmediata. Admite viscosidades máximas en torno de 300 SSU.
c) Quemador de Pulverización con aire de alta presión
En este tipo de quemador la presión del aire es superior a 15 psi. El aire primario para estos quemadores es producido por compresores. Cuanto mayor es la presión del aire primario, menor es la cantidad en el porcentaje total del aire necesario para la combustión. De éste modo se complementa el aire secundario, facilitando el control de la combustión. Este tipo de quemador también trabaja eficientemente con vapor y admite viscosidades máximas en torno de 170 SSU.-
d) Quemador con Pulverizador a vapor
Este tipo de quemador es indicado para calderas que poseen vapor para este fin. El consumo de vapor utilizado para la pulverización se encuentra entre 0.15 a 0.4 kg. de vapor por kilo de aceite pulverizado. El proceso de atomización producido por el vapor es semejante al utilizado con aire comprimido, o sea, el vapor pasa a través de un estrechamiento, arrastrando consigo el combustible en pequeñas gotitas.
1.- Entrada de aceite 2.- Entrada de vapor 3.- Cuerpo del quemador 4.- Tuerca de fijación 5.- Tubo de vapor 6.- Tubo de aceite 7.- Puntero de vapor 8.- Puntero de aceite Quemadores de pulverización mecánica
Este tipo de quemador, también denominado de chorro-presión, es normalmente empleado en instalaciones de gran porte en las cuales predomina el factor económico y en instalaciones marítimas, debido a la economía de agua. La pulverización de aceite combustible es producida por el pasaje del aceite a alta presión a través de unos orificios. La presión de aceite varía normalmente de 60 a 140 psi., pero puede alcanzar valores mayores y es producida por una bomba para aceites de hasta 150 SSU.
Quemadores de gas
Estos quemadores son equipos que, en un sistema de combustión, tienen las siguientes funciones: - Proveer el gas combustible y el comburente (aire) a la cámara de combustión, fijando adecuadamente la posición de la llama.
- Mezclar adecuadamente el gas combustible y el comburente.
- Proporcionar los medios necesarios para mantener una ignición continua de la mezcla gas combustible/aire (evitando la extinción de la llama).
Observación: Es necesaria una adaptación del sistema de combustión normal de aceite, para la combustión de gas natural (u otro) con la utilización obligatoria de los siguientes equipos:
- Reguladores de presión de salida. - Válvulas solenoide.
- Presostatos y válvulas reguladoras. - Manómetros especiales para gases.
- Lanza de combustión principal para una mejor homogeneización. - Materiales para instalación eléctrica, tubos y conexiones.
1.- Entrada de gas 2.- Entrada de aire 3.- Válvula pre-mezcla 4.- Abertura para pico piloto COLECTORES Colector de vapor (colector superior)
Existe un tipo solamente, para las calderas acuotubulares. El colector de vapor es el lugar donde el vapor se separa del agua.
Colector de barros (colector inferior)
Para las calderas acuotubulares existe solamente un tipo. Recibe este nombre porque es el lugar donde se depositan los sólidos en suspensión a ser eliminados con las purgas de la caldera.
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CHIMENEA. La chimenea es una parte importante de la caldera. Ella ayuda al tiro (salida de los gases de la combustión) debido a la diferencia de presión atmosférica que existe entre su base y su parte superior, provocada por la diferencia de temperatura de los gases de combustión.
Puede estar construida en chapa de acero o mampostería de ladrillo común, pero en cualquiera de los casos su construcción debe ser prolijamente proyectada y ejecutada, teniendo en cuenta la cantidad de gases que debe pasar por la misma, la velocidad de estos gases, la temperatura (tanto en la base como en la parte superior) y la presión atmosférica local. También debe verificarse que no existan hendidura que posibiliten una entrada falsa de aire.
Por la chimenea deberá salir el gas carbónico y si hay un gran desprendimiento de hollín. Se corrige la alimentación de aire, de forma de alcanzar una relación de aire-combustible adecuada.
La manera mas segura de determinar las cantidades de gas carbónico que se desprenden por la chimenea, es realizando un análisis con aparatos indicadores.
TIRO: Es el proceso de evacuación de los gases de la caldera hacia la atmósfera, provenientes de la combustión. El tiro puede ser efectuado de varias maneras: natural, forzado o mixto.
TIRO NATURAL: Cuando normalmente sin la ayuda de equipos especiales, el aire entra en el hogar, alimenta la llama y sale por la chimenea.
TIRO FORZADO: En el caso en que los gases son eliminados con la ayuda de ventiladores sopladores. Pueden estar construidos de varias maneras. Sus dimensiones, sin embargo, dependen de la capacidad de la caldera para un suficiente suministro de aire de combustión y para que los gases sean totalmente eliminados.
Las calderas que poseen este tipo de tiro son llamadas calderas presurizadas y precisan tener muy buen aislamiento para evitar la entrada de aire del ambiente, a través de sus paredes o dobles envolturas.
TIRO MIXTO: En este sistema, son empleados dos ventiladores. Uno de ellos tiene la finalidad de introducir el aire dentro de la caldera (ventilador soplador) y el otro tiene la finalidad de retirar el aire de la caldera (ventilador evacuador).
CONTROL DE TIRO: Para que una caldera pueda tener un buen funcionamiento, el tiro tiene que ser muy bien controlado. Este control es realizado por registros colocados en el circuito de los gases. Estos registros constan de una o más paletas que pueden ser comandadas manual o automáticamente. EQUIPOS PARA
ALIMENTACIÓN DE AGUA EN LAS CALDERAS.
Estos equipos desempeñan un importante papel en las calderas, porque mantienen el nivel del agua de tal modo que la caldera pueda atender la demanda de vapor. Deben ser muy bien dimensionados y controlados para que repongan exactamente la cantidad de agua que fue evaporada y mantener el régimen permanente de generación de forma segura para los operadores y el equipo.
Los equipos para la alimentación de agua varían sus modelos y sus capacidades, de acuerdo con la necesidad de cada caldera. Los principales son:
INYECTORES
Son equipos para alimentación de agua usados en pequeñas calderas de comando manual y también fueron muy empleados en locomotora a vapor.
Su principio es simple. Se basa en el uso del mismo vapor de la caldera o de aire comprimido que es inyectado dentro del equipo, donde existen toberas cónicas divergentes, ( tipo tubo de Venturi) además de las válvulas de retención, de control y de sobrecarga.
Cuando el aire o el vapor pasa por la tobera cónica divergente, produce vacío y hace que la válvula de admisión se abra y arrastre por succión el agua del reservorio hacia adentro de la caldera. Tanto si el agua o el vapor entran en exceso, éstos salen a través de la válvula de descarga, no entrando a la caldera.
BOMBAS DE AGUA
Es un equipo importante para el funcionamiento de la caldera, dado que provee el agua de alimentación. Es un equipo que debe inyectar el agua a una presión superior a la presión de trabajo de la caldera para que pueda introducirla al sistema. En su instalación hidráulica se encuentran válvulas de retención evitando el retorno del líquido de trabajo o el vapor de presión de la propia caldera cuando la bomba está parada, así como la entrada de aire en el circuito de aspiración.
Este equipo también es encontrado en varios modelos y tamaños. Las bombas alternativas pueden aprovechar diferentes fuentes de energía para su accionamiento. Pueden ser movidas por intermedio de turbinas de vapor, conjunto de émbolos movidos a vapor, motor eléctrico o, también en las locomotoras a vapor, se aprovecha el movimiento de las ruedas.
La gran ventaja de este tipo de bomba es la economía de fuerza, pero presentan la desventaja de que su capacidad es limitada a un rendimiento máximo de 50.000 litros por hora y tiene una gran facilidad de arrastrar, junto el agua, grandes cantidades de aceite lubricante que se emplea en el sistema.
Su construcción es bastante simple, cuenta con una cámara, dos válvulas de retención y un émbolo. El agua es admitida y eliminada de la cámara por el movimiento alternativo del embolo. Las bombas alternativas son vulgarmente llamadas como bombas de "pistón".
OBSERVACIÓN: Sea cual sea la bomba de alimentación de agua de una caldera, el agua nunca debe estar a menos de 50 grados centígrados para evitar golpes de ariete dentro del generador.
Tampoco debe superar los 96 grados centígrados, pues de lo contrario se producirá la cavitación de la bomba, salvo que fuera de un modelo especial.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
Son bombas que han dado los mejores resultados, por la simplicidad de sus componentes, facilidad de mantenimiento y por el gran rendimiento que nos ofrece, alcanzando hasta 500.000 litros de agua por hora.
Su funcionamiento consiste en un disco con un juego de paletas que giran a alta velocidad y realizan la succión de agua.
La cantidad de discos varía con la capacidad de la bomba. En las calderas de baja presión se emplean bombas con un solo disco y en las de alta presión son usados multidiscos.
ECONOMIZADOR Su finalidad es calentar el agua de alimentación de la caldera. Está colocado en la caldera en la posición más ventajosa posible para el pasaje de los gases. Los gases son obligados a circular a través de el, antes de salir por la chimenea. Existen varios tipos de economizadores y en su construcción pueden ser empleados tubos de acero maleable o tubos de acero fundido con aletas. Los economizadores pueden ser:
Separados: Usado en las calderas de baja presión (25 kg/cm2) y construido generalmente de tubos de acero o hierro fundido con aletas; en su interior circula el agua y por fuera los gases de combustión. Integral: Empleado en la mayoría de los generadores de vapor, a pesar de requerir mas cuidados que el economizador por separado. Deberá ser retirado del agua de alimentación, todo el gas carbónico y el oxígeno, debido a que cuando estos elementos son calentados, aumentan la corrosión de los tubos. Este economizador tiene gran capacidad de vaporización y está constituido por una serpentina de tubos de acero maleable.
La corrosión en los tubos economizadores puede ser tanto desde adentro para afuera como de afuera para adentro. Los agujeros de afuera hacia adentro son causados por los gases (condensación), forman un poderoso agente corrosivo (ácido sulfúrico, por ejemplo). Los agujeros provocados desde adentro para afuera son causados por la circulación del agua no tratada que contiene oxígeno y gas carbónico, principales agentes de corrosión interna de los tubos.
COMBUSTIBLE En el caso de usarse combustibles líquidos, la alimentación no debe ser realizada directamente desde el tanque principal, sino que debe pasar por un reservorio intermedio, evitando de éste modo problemas de fluctuación de carga y baja temperatura del combustible en el bombeo. Ese reservorio debe ser instalado en el circuito más próximo de la bomba de combustible, debiendo antes de ingresar a la misma pasar por un filtro, con una válvula de cierre y una línea de retorno del excedente no utilizado por el quemador, al deposito, siendo su principal finalidad regular y mantener constante la presión de la bomba.
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Al iniciar el funcionamiento, cuando el combustible no está todavía a la temperatura adecuada para su pulverización, se puede usar otros de baja densidad como el kerosene o gasoil.
OBSERVACIONES: En el caso del uso de combustibles sólidos a temperatura de ambiente, debe tenerse almacenado una cantidad suficiente para dos horas de operación, evitándose de esta manera una gran acumulación de combustible próximo a la caldera, que pueda disminuir la libre circulación que el operador debe tener y prevenir riesgos en caso de producirse un incendio.
ALIMENTACIÓN DE
AIRE El aire frío, habiendo atravesado el precalentador gracias a la acción del ventilador, se calienta y se insufla en el hogar, donde reacciona con el combustible, asegurando una combustión continua. Los gases de combustión con elevada temperatura, por efecto del tiro del sistema, circulan a través de todas las partes de la caldera, tomando contacto con las superficies de absorción de calor, hasta alcanzar la chimenea y ser eliminados a la atmósfera. En este trayecto, la mayor parte del contenido térmico de los gases de la combustión es transferido al agua para :
1) Calentarla en el economizador antes de su alimentación 2) Vaporizarla, elevando la presión en la caldera.
3) Sobrecalentar el vapor saturado en el recalentador.
OBSERVACIÓN: Debe controlarse mediante un pirómetro ubicado en la base de la chimenea, que la temperatura de gases de salida esté situada entre los 180 °C y 190 °C y algo menos, si la caldera tuviera equipada con recalentador de vapor o economizador o ambos accesorios. Si la temperatura de los gases fuera mayor a estos valores, estaríamos perdiendo rendimiento térmico. Para corregir esta situación en caso de suceder se debe verificar que los registros de entrada de aire primario y del secundario estén con la abertura correcta.
PRECALENTADOR DEL AIRE
Su función es calentar el aire de combustión para seguidamente, introducirlo en el hogar. Esto se consigue gracias al aprovechamiento del calor sensible de los gases de la combustión, en el equipo situado después del pasaje por la caldera, el economizador y antes de que salgan a la chimenea. OBSERVACIONES: Estudios realizados han demostrado que precalentado el aire primario para la combustión, se puede llegar a ahorrar hasta un 6 % de combustible cuando las temperaturas del medio ambiente son bajas, caso muy común en los meses de invierno.
CONDUCTOS DE LOS GASES.
Son los trechos y/o tramos intermedios y finales por donde circulan los gases de la combustión antes de ingresar a la chimenea.
ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
PANEL DE COMANDO
Es el componente de la caldera donde están todos los dispositivos eléctricos que permiten la operación de la misma. Para el caso de las calderas con alimentación a combustible líquido son algo mas complejos porque comandan el encendido automático y el control de la llama, además de otros comandos, como el del nivel de agua que controla las bombas de alimentación y los relais.
En el caso de calderas de alimentación por combustible sólido (leña) los paneles de comando son más simples porque básicamente poseen sólo el control de nivel automático que controla el funcionamiento de las bombas de alimentación de agua, el aumento de la presión y el control de registros de aire y ventiladores.
APARATOS DEL PANEL
Los comandos están colocados en una caja que los protege de la humedad y el polvo principalmente.
Los comandos que van montados en el cuadro de comando son, básicamente: • Selección de comando manual o automático
• Llave de la bomba de agua; • Llave del ventilador de extracción • Alarma sonora de advertencia • Lámparas piloto
SISTEMA DE CONTROL DEL NIVEL
REGULADOR DEL NIVEL CON BOYA
Pueden estar construidos de varias maneras, pero las principales, constan de una cámara que esta ligada a una llave que comanda el circuito eléctrico de la bomba de alimentación. Cuando el nivel de agua de la caldera esta normal, la boya mantiene los contactos de la llave abiertos. Si cae el nivel por debajo del normal, la boya, por gravedad, desciende haciendo que los contactos cierren el circuito eléctrico de la bomba de alimentación Cuando el agua nuevamente alcance el nivel normal la bomba será desconectada. Puede existir una llave adicional que desconectará el quemador, en el caso de que el agua baje demasiado.
VISOR DE NIVEL
Consiste en un tubo de vidrio conectado al cuerpo de presión que tiene la finalidad de dar al operador la noción exacta de la altura donde se encuentra el agua de la caldera. En la mayoría de las calderas el nivel del agua está exactamente en el centro del tubo de vidrio, lo que corresponde al centro del tambor de vapor. Existen, sin embargo, calderas que no siguen esta regla, debiendo el operador certificarse de la correspondiente marca del nivel de los indicadores con el nivel de agua en la caldera.
Mantener el nivel del agua de la caldera es un importantísimo papel del operador al que tendrá que dedicarle una especial atención. Antes de iniciar la operación de la caldera, debe ser realizado un drenaje en el nivel, a los efectos de eliminar algunas impurezas que pueden estar localizados en el nivel de las conexiones del mismo. En las calderas manuales, el nivel es muy importante porque dará al operador una noción exacta de cuando deberá introducir o alimentar agua a la caldera.
INDICADORES DE
PRESIÓN MANÓMETRO: Aparato con el cual se mide la presión de gases, de vapores y de otros fluidos. Es muy utilizado en la industria Entre otros fines, para verificar la presión de las calderas y de vasos que se encuentren bajo presión.
El conocimiento continuo de la presión es obligatorio, no solo bajo el punto de vista de la seguridad, sino también para la operación económica y segura de la caldera.
TIPOS DE MANÓMETROS
Actualmente se emplean dos tipos de manómetros: con resorte o tubular. a) MANÓMETRO CON RESORTE
Llamado también manómetro de Bourdon, se basa en la tendencia a enderezarse que tiene un tubo de bronce curvado, de sección elíptica, cuando es aplicada, en su interior, una presión superior a la atmosférica. Generalmente el tubo se curva en arco de circunferencia. Al actuar la presión en el interior del tubo, su extremidad libre describe un pequeño movimiento, que es ampliado mediante un sistema de palancas que actúa sobre el sector dentado, haciendo girar la aguja indicadora.
b) MANÓMETRO TUBULAR
Desarrollado por Shafer y Budermberg, el manómetro tubular se basa en la elasticidad producida sobre una lámina ondulada que soporta, por un lado, la presión atmosférica, y por el otro, la presión de la caldera. Al variar la presión de la caldera, cambia la deformación de la placa y en consecuencia, la indicación proveniente del aparato.
La escala de los manómetros pueden ser graduada en kilogramos / fuerza por centímetros cuadrado (kgf/cm2), en atmósferas o en libras fuerza por pulgada cuadra (lbf/pul2 o psi), también en cualquier otra unidad de presión.
La indicación de psi es usual en el sistema inglés y en el Brasil se utilizan mas corrientemente las indicaciones en kgf/cm2.
Los manómetros, de un modo general, indican la presión relativa (también denominada presión manométrica) y no la "presión absoluta". Esto quiere decir que para obtener la presión llamada "absoluta" se tiene que sumar a la presión indicada en manómetro, la presión atmosférica local
(presión absoluta = presión manométrica + presión atmosférica).
Cada caldera tiene una capacidad de presión determinada. Por lo tanto los manómetros utilizados en cada caldera deben tener la escala apropiada. La presión máxima de funcionamiento de la caldera deberá estar siempre marcada sobre la escala del manómetro, con trazo hecho con tinta roja, para servir de alerta al operador en el control de la presión.
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Cuando una caldera posee dos válvulas de seguridad, una de ellas deberá abrir el 5% arriba de la presión máxima de trabajo permitida y la otra a un 10% por encima de la presión máxima permitida. Para garantizar un perfecto funcionamiento de la válvula de seguridad, se deben realizar las siguientes verificaciones:
Todas las válvulas de seguridad deberán ser probadas una vez al día, accionando la palanca de test manual.
- Inspecciones los asientos de las válvulas por lo menos una vez por año
- Realizar periódicamente un test funcionamiento de la válvula. Este test se realiza colocando un manómetro en la caldera y, en seguida, cerrando todas las salidas de vapor hasta que la válvula comience a funcionar.
- Para el control de la válvula se debe verificar que durante el test la presión máxima de la caldera no debe sobrepasar el 10% de la presión máxima permitida.
Las válvulas de contrapeso son los más simples, pero no contemplan los requisitos mencionados. Su cierre no siempre impide filtraciones continuas.
Las válvulas de resorte predominan hoy en día. Hay dos tipos de válvula de resorte:
- de bajo curso. - de alto curso.
En el primer tipo la presión del vapor, actuando sobre el área del disco de cierre, abre totalmente la válvula.En las de segundo tipo, la acción de la presión abre parcialmente la válvula. El vapor al salir se proyecta sobre un disco provisto de un anillo de regulación que provoca el cambio de dirección del fluido. La fuerza de reacción del vapor completa la apertura de la válvula.
Estas válvulas son mucho más perfectas, abriendo y cerrando instantáneamente.
Los fabricantes ofrecen estas válvulas en las dimensiones adecuadas, informando el flujo y presión de vapor.
Los fabricantes ofrecen estas válvulas en las dimensiones edecuadas, informando el flujo y presión de vapor.
Las válvulas de seguridad exigen cuidados especiales desde su instalación. En la instalación se debe:
- evitar choques.
- evitar perdidas en las roscas o en las platinas de conexión con la caldera. - comprobar su grado de apertura y buen funcionamiento con presión hidráulica. En la operación:
- no permitir aumentos de peso en la válvula. - testar diariamente su funcionamiento. - eliminar filtraciones continuas.
Las válvulas de seguridad evitan, por lo tanto, la continua elevación de la presión en el generador de vapor, cuando este tiende a sobrepasar los límites deseados.
Válvulas de seguridad correctamente programadas deben:
1) Abrir totalmente a una presión definida, evitando el desprendimiento de vapor anticipadamente. 2) Permanecer abiertas mientras no se registre caída de presión, o sea retorno de la presión a las condiciones de trabajo del generador.
3) Cerrar instantáneamente y con perfecto cierre inmediatamente luego de la caída de presión. 4) Permanecer perfectamente selladas a presiones inferiores a su regulación.
Para asegurarse estas características, las válvulas de seguridad deben ser fabricadas bajo control de calidad, instaladas correctamente y ser sometidas a sistemáticas inspecciones mantenidas en condiciones de funcionamiento perfectas.
Podemos encontrar, básicamente, dos tipos de válvulas de seguridad: a) de contrapeso.
DISPOSITIVOS Y SISTEMAS DE PROTECCIÓN Y CONTROL DE LLAMA.
Calderas que usan quemadores de sólidos pulverizados (carbón), líquidos (BPF, diesel,...) o gaseosas (gas de gasógeno, GLP,....) necesitan de un sistema de protección y control de llama para supervisar principalmente:
- procedimiento incorrecto de conexión. - ausencia de llama por cualquier motivo.
Sucediendo unas de estas fallas, el hogar de la caldera quedaría con riesgo de explosión, en el caso de que no hubiera interrupción inmediata del suministro de combustible. Son dos factores que propician la existencia de esta explosión:
a) La mezcla entre el aire y el combustible debe estar dentro de los limites de inflamabilidad, de acuerdo a lo que muestra el cuadro.
MÍNIMO MÁXIMO
Gas Natural 65% 250%
Carbón Pulverizado 8% 425%
Combustible 30% 175%
b) Existe la necesidad de una fuente de calor adecuada para iniciar la combustión de la mezcla. Esta fuente de calor puede provenir de chispas eléctricas, llamas próximas, electricidad estática, refractarios calientes,...
De acuerdo a la concentración de la mezcla (aire/combustible), la magnitud de explosión podrá ser peligrosa, causando daños al equipo y provocando riesgos de vida del operador de la caldera.
La mayor parte de los casos de explosión ocurren durante el encendido de la llama.
Cualquier sistema de protección y control de llama exige ciertas características para que desempeñe adecuadamente sus funciones, las cuales son:
- Asegurar que el procedimiento de encendido sea seguido.
- impedir el suministro de combustible al quemador, hasta que la llama piloto se establezca o impedir la apertura total del quemador, hasta que la llama sea probada.
- no tener fallas de bloqueo.
- cortar el suministro de combustible a los quemadores, cuando exista ausencia de llama y exigir el restablecimiento manual.
Los dispositivos usualmente empleados en estos sistemas de protección son de los siguientes tipos: TERMOELÉCTRICOS
Están formados por laminas bimetálicas (láminas de metales diferentes) y de una llave eléctrica. Las láminas bimetálicas quedan instaladas en el curso de los gases y también están conectadas al circuito, de tal modo que no es posible encender el quemador con la llave abierta.
POR CÉLULAS FOTOELÉCTRICAS
Se trata de un sistema perfeccionado que trabaja con una célula fotoeléctrica, un amplificador y un relai. Su funcionamiento está basado en la colocación de las llamas. Si estas se apagan la luminosidad en el interior del hogar disminuirá, la célula fotoeléctrica comandará el amplificador y el relai que abrirá sus contactos, interrumpiendo el circuito de los quemadores.
Los sistemas fotoconductivos para seguridad de llama tienen casi el mismo funcionamiento de los fotoeléctricos, variando el tipo de célula. Se utilizan las radiaciones infrarrojas de las llamas y se utilizan amplificadores especiales.
Los amplificadores pueden establecer diferencias entre el calor de las llamas y el calor de los refractarios del hogar.
Estos controladores funcionan conjuntamente con los equipos de seguridad, haciendo que la caldera sea detenida y reencendida automáticamente, controlando perfectamente el agua de alimentación y los límites de presión.
También efectúan detenciones de emergencia comandadas por el circuito de seguridad.
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Tienen la finalidad de controlar la presión interna de la caldera por medio de un comando para los quemadores.
Está constituido por un fuelle metálico (o el diafragma) que comanda una llave eléctrica por medio de un dispositivo de regulación de la presión. A medida que disminuye la presión dentro de la caldera el fuelle (o el diafragma) que comanda una llave eléctrica por medio de un dispositivo de regulación de la presión. A medida que disminuye la presión dentro de la caldera el fuelle (o el diafragma) se contrae, cerrando el circuito eléctrico, encendiendo el quemador. Cuando la presión se restablece el fuelle (o el diafragma) se dilatará y abrirá los contactos, interrumpiendo el funcionamiento de los quemadores. En las calderas semiautomatizadas la llave interrumpe el circuito del quemador, cuando se alcanza la presión de corte y mantiene el circuito abierto, impidiendo que sea reencendido manualmente, hasta que sea alcanzada la presión de operación.
PRESOSTATO MODULADOR
De construcción casi idéntica el presostato de máxima presión, realiza la regulación de combustible y del aire para los quemadores, su diferencia con el presostato descrito es que no realiza la partida simple o detención del motor de la bomba de combustible y regulador de aire en los puntos preestablecidos de presión.
Regula la velocidad del motor en las presiones intermedias a las prefijadas, dando un perfecto equilibrio al regulador de aire-combustible.
Todo este trabajo es logrado a través del motor modulador que consiste (además de los bobinados del motor) de un relai de equilibrio y de un presostato de la llave moduladora.
b) VÁLVULA SOLENOIDE
Es comandada eléctricamente, abriendo o cerrando, permitiendo el paso al combustible y al vapor. c) PROGRAMADOR
Tiene la facilidad de promover en la caldera un ciclo completo de operaciones, o sea: a) modulación automática; b) ignición eléctrica; c) apagar la caldera por razones de seguridad; d) limitar la presión; e) promover la ignición automáticamente.
Su funcionamiento es semejante al del presostato modulador, solo que en lugar de presentar el reostato para regulación de velocidad del motor, presenta un conjunto de contactos, destinados uno para cada operación a ser realizada. Por lo tanto, cuando termina un ciclo de operaciones, inmediatamente comienza otro.
VÁLVULAS
01- Válvula principal de salida de vapor. 02- Válvula de seguridad.
03- Válvula de alimentación. 04- Válvula de retención. 05- Válvula de purga lenta. 06- Válvula de purga rápida. 07- Válvula de vapor de servicio. 08- Válvula para escape de aire. 09- Válvula para introducción de productos químicos.
10- Válvula para purga continua. 11- Válvula de alivio.
VÁLVULA PRINCIPAL DE SALIDA DE VAPOR
Permite la salida de todo el vapor producido por la caldera. En la mayor parte de las aplicaciones son válvulas de tipo globo, que aseguran una salida más perfecta. La válvula conocida como la caja se aplica en grandes unidades, sin responsabilidad sobre el control de la salida.
VÁLVULAS DE ALIMENTACIÓN
con pasaje recto. La sección se establece según W= I m/seg. VÁLVULA DE RETENCIÓN
Generalmente, la válvula de alimentación permanece totalmente abierta. Las válvulas de retención, colocadas inmediatamente después de la anterior. Impiden el retorno del agua y vapor bajo presión del interior de la caldera.
VÁLVULAS DE PURGA
También conocidas con válvulas de drenaje, permiten la purga de la caldera.
Están siempre colocadas en las partes inferiores de las calderas. El barro del material sólido en suspensión, generalmente acumulado en el fondo de los colectores o tambores inferiores de las calderas es proyectado violentamente por fuera de la unidad, cuando se abren estas válvulas.
Hay dos tipos de válvulas de purga, que se instalan en serie:
1. Válvula de apertura lenta, cuya función principal es asegurar la perfecta aislación del sistema. Es una válvula de pasaje recto de tipo globo.
2. Válvula de apertura rápida, que abre la sección plena instantáneamente, asegurando la salida de agua con violencia capaz de arrastrar los depósitos internos.
Las purgas intermitentes, siempre son proyectadas en el desagüe. Protegido para no causar accidentes. VÁLVULA DE VAPOR DE SERVICIO
Es una válvula del tipo globo, cuya sección corresponde a 10% de la válvula principal. Su función es asegurar el suministro de vapor para el calentamiento de elementos de la propia caldera, como:
• bombas de alimentación; • calentamiento de combustible; • inyectores.
VÁLVULA DE ESCAPE DE AIRE O GRIFO ATMOSFÉRICO
Otra válvula del tipo globo que controla la salida o entrada de aire en la caldera, en los comienzos y finalización de operación.
VÁLVULAS DE INTRODUCCIÓN DE PRODUCTOS QUÍMICOS Y DE PURGA CONTINUA Son ambas del tipo globo aguja de regulación fina. La primera se emplea cuando se proceda al tratamiento interno de agua de la caldera, permitiendo la salida regulada de productos químicos. La segunda asegura la purga continua de la caldera, a fin de mantener la concentración de sólidos totales en solución en el agua, dentro de los límites máximos permitidos para evitar incrustaciones o corrosión.
VÁLVULA DE ALIVIO
Es una válvula instalada en la parte superior del precalentador de combustible, para evitar que el combustible alcance presiones superiores a los niveles adecuados en el mismo.
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Esta red se inicia en el proveedor de agua para la caldera. Debe ser un tanque de agua y no una conexión directa a la red de abastecimiento de agua.
La red de agua no debe tener perdidas. Es recomendable que el agua tenga un tratamiento químico antes de ser bombeada para la caldera.
Considerando que fue realizado el tratamiento, el agua es bombeada para el interior de la caldera, pasando antes por el precalentador (si la caldera cuenta con este elemento).
Es ese trecho, dependiendo de la caldera, hay todo un juego de dispositivos automáticos que controlan el momento en que debe ser adicionada el agua y el momento que la cantidad es suficiente, activando o desactivando la bomba.
Si el agua fuera proyectada en la parte donde hay vapor, estando mas fría, provocaría un choque térmico, que podrá causar serias consecuencias. Por lo tanto, la admisión es realizada por debajo del nivel de agua y lo más distante posible del hogar.
En cualquier tubería para vapor es muy importante el perfecto y completo drenaje del condensado formado, por medio de purgadores. Para auxiliar el drenaje es realizada, algunas veces, la instalación de los tubos, con una pequeña caída constante en la dirección del flujo, principalmente en líneas de vapor saturado, donde es mayor la formación de condensado. Algunos proyectistas tienen por norma colocar, también, eliminadores de aire en los puntos altos de los tubos.
Todas las tuberías de vapor deben tener aislamiento térmico.
- Registro de salida de vapor - establece demanda de vapor para los utilizadores.
- Red de vapor para precalentamiento de combustible en el tanque de almacenamiento.
- Establece demanda de vapor para precalentamiento de combustible en el tanque de almacenamiento.
APARATOS REGISTRADORES
Consiste en un aparato ORSAT o Firytest que utiliza un reactivo alcalino. Al entrar en contacto con los gases, aumenta la presión interna del aparato, haciendo oscilar un marcador y registrando el porcentaje de gas carbónico en un gráfico o en una escala graduada.
Este análisis podrá ser realizado durante todo el periodo de funcionamiento de la caldera, dando una noción exacta al operador de las correcciones que deben ser realizadas, de acuerdo a los valores que indican los gráficos.
Lo ideal es conseguir que en la salida de una chimenea tuviésemos los siguientes valores: gran cantidad de gas carbónico, hasta 14,7 %, poco oxigeno, y no encontrar nada de carbono (0%), ya que el hollín está constituido de carbono.
Gas carbónico - CO2 - Valores máximos posibles
Leña 20%
Gasoil 15,5%
Fueloil 15,9%
Gas natural 11,8%
Propano 13,8%
OTROS ACCESORIOS PRECALENTADOR DE AIRE
El precalentador de aire es un equipo que tiene la finalidad de aprovechar el calor de los gases en el calentamiento de aire necesario para la combustión.
El precalentador transfiere el calor de los gases calientes hacia el aire que está entrando hacia la combustión.
CLASIFICACIÓN
Los precalentadores pueden ser clasificados de acuerdo con el principio de operación, en: a) PRECALENTADOR REGENERATIVO
En los precalentadores regenerativos, el calor de los gases de combustión es transferido indirectamente hacia el aire, a través de un elemento de "almacenaje", por donde pasa el aire y el combustible en forma alterna.
b) PRECALENTADOR CON COLMENA METALICA
combustión y enfriadas cuando pasa el aire. Su formato se asemeja a una rueda gigante, girando lenta y uniformemente.
c) PRECALENTADOR CON COLMENA REFRACTARIA
Los gases calientes, al pasar por la colmena refractara intercambian el calor con el aire frío para la combustión.
RECALENTADOR Los recalentadores se colocan generalmente dentro del conducto de humos o intercalados entre dos de ellos, y deben instalarse con preferencia en aquella zona en que la temperatura probable de dichos gases sea de 500° a 750°.
Colocando distribuidores y compuertas se puede conseguir que pasen a estar en contacto con el recalentador todos, parte o ninguno de los gases calientes. El lugar apropiado para su instalación en las calderas de hogar interior es la cámara que hay en el extremo del tubo del hogar; en las calderas de tubo de agua se debe colocar el recalentador entre los tubos de agua y el cuerpo superior.
a) CONSIDERACIONES SOBRE EL VAPOR SOBRECALENTADO O RECALENTADO
Si calentamos agua en un recipiente cerrado, cuando el agua alcance una temperatura determinada, se convierte en vapor (temperatura de 100 grados centígrados aproximadamente al nivel de mar). Manteniéndose el calentamiento hasta que todo el agua se evapore, tendremos vapor sobrecalentado, con el consiguiente aumento de la temperatura.
Este proceso de sobrecalentamiento del vapor seria impracticable en las calderas pues cuando el agua se evapore, los tubos se quemarían y no habría una demanda suficiente en la red de vapor. Siendo así, se emplean aparatos destinados a elevar la temperatura del vapor sin perjuicio para la caldera.
b) PROCESOS DE CALENTAMIENTO DEL VAPOR
Para sobrecalentar el vapor se emplean aparatos denominados recalentadores. Estos aparatos normalmente aprovechan los gases de la combustión para dar el debido calentamiento al vapor saturado.
COMPARACIÓN DE APROVECHAMENTO S DEL CALOR.
