Calderas

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible slido, lquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria.

La mquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776. Inicialmente fueron empleadas como mquinas para accionar bombas de agua, de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolucin industrial, la cual comenz en ese siglo y contina en el nuestro.

Luego de otras experiencias, James Watt complet una mquina de vapor de funcionamiento continuo, que us en su propia fbrica, ya que era un industrial ingls muy conocido.

CALDERA:recipientemetlico en el que se genera vapor a presin mediante la accin de calor.

GENERADOR DE VAPOR:es el conjunto o sistema formado por una caldera y sus accesorios, destinados a transformar un lquido en vapor, a temperatura y presin diferente al de la atmsfera.

MANOMETRO:el instrumento destinado a medir la presin efectiva producida por el vapor en el interior de la caldera.

*Generar agua caliente para calefaccin y uso general, o*Generar vapor para planta de fuerza, procesos industriales o calefaccin.

Funcionan mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente metlico. En toda caldera se distinguen dos zonas importantes:

Zona de liberacin de calor o cmara de combustin: es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metlico.-Interior: la cmara de combustin se encuentra dentro del recipiente metlico o rodeado de paredes refrigeradas por agua.-Exterior:cmara de combustin constituida fuera del recipiente metlico. Est parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua.La transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiacin (llama-agua).

*Zona de tubos: es la zona donde los productos de la combustin (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por conveccion (gases-aguas). Esta constitutita por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

Las calderas deben poseer una serie de accesorios que permitan su utilizacin en forma segura, los que son:Accesorios de observacin: dos indicadores de nivel de agua y uno o ms manmetros. En el caso de los manmetros estos debern indicar con una lnea roja indeleble la presin mxima de la caldera.Accesorios de seguridad: vlvula de seguridad, sistema de alarma, sellos o puertas de alivio de sobre presin en el hogar y tapn fusible (en algunos casos). El sistema de alarma, acstica o visual, se debe activar cuando el nivel de agua llegue al mnimo, y adems deber detener el sistema de combustin.

Las calderas de vapor, bsicamente constan de 2 partes principales:

Cmara de agua:

Recibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera.El nivel de agua se fija en su fabricacin. Con esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual forma la cmara de agua.Segn la razn que existe entre la capacidad de la cmara de agua y la superficie de calefaccin, se distinguen calderas de gran volumen, mediano y pequeo volumen de agua.

Cmara de vapor.

Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en ella debe separarse el vapor del agua que lleve una suspensin. Cuanto ms variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cmara, de manera que aumente tambin la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor.

CLASIFICACIONES:

Existen varias formas de clasificacin de calderas, entre las que se pueden sealar:

1.-Segn la presin de trabajo:Baja presin : de 0 - 2.5 Kg./cm2Media presin : de 2.5 - 10 Kg./cm2Alta presin : de 10 - 220 Kg./cm2Supercrticas : mas de 220 Kg./cm2.

2.-Segn su generacin:De agua calienteDe vapor: -saturado (humedo o seco)-recalentado.

3.- Segn la circulacin de agua dentro de la caldera:

Circulacin natural: el agua se mueve por efecto trmicoCirculacin forzada: el agua se hace circular mediante bombas.

4.-Segn la circulacin del agua y los gases calientes en la zona de tubos de las calderas. Segn esto se tienen 2 tipos generales de calderas:

Pirotubulares o de tubos de humo.En estas caderas los humos pasan por dentro de los tubos cediendo su calor al agua que los rodea.Acuotubulares o de tubos de agua.El agua circula por dentro de los tubos, captando calor de los gases calientes que pasan por el exterior. Permiten generar grandes cantidades de vapor sobrecalentado a alta presin y alta temperatura, se usa en plantas trmicas para generar potencia mediante turbinas.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE CALDERAS PIROTUBULARES

Bsicamente son recipientes metlicos, comnmente de acero, de forma cilndrica o semicilndrica, atravesados por grupos de tubos por cuyo interior circulan los gases de combustin.Sus dimensiones alcanzan a 5 mts de dimetro y 10 mts. de largo. Se construyen para Flujos mximos de 20.000 Kg./h de vapor y sus presiones de trabajo no superan los 18 Kg./cm2.Pueden producir agua caliente o vapor saturado. Entre sus caractersticas se pueden mencionar:Sencillez de construccin.Facilidad de inspeccin, reparacin y limpieza.Gran peso.Lenta puesta en marcha.Gran peligro en caso de explosin o ruptura debido al gran volumen de agua almacenada.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LAS CALDERAS ACUOTUBULARES

Se componen por uno o ms cilindros que almacenan el agua y vapor (colectores) unidos por tubos de pequeo dimetro por cuyo interior circula el agua.Estas calderas son apropiadas cuando el requerimiento de vapor, en cantidad y calidad son altos.Se construyen para capacidades mayores a 5.000 Kg./h de vapor (5 ton/h) con valores mximos en la actualidad de 2.000 ton/h. Permiten obtener vapor a temperaturas del orden de 550 C y presiones de 200kg/cm2 o ms.

Partes principales que componen una caldera:

1.- HOGAR:Fogn o caja de fuego y corresponde a la parte en que se quema el combustible. Se divide en puerta del hogar y cenicero. Las calderas pueden instalarse con Hogares para combustibles slidos, lquidos o gaseosos, todo depender del proyecto del equipo y de la seleccin del combustible a utilizar.2.- Emparrillado:tiene por objeto servir de sostn al lecho de combustible y permitir el paso del aire para la combustin.3.-Altar:Es un muro de ladrillo refractario que descanse en una estructura metlica que va a continuacin de la parrilla.4.- Conductos de humo: es aquella parte de la caldera por donde circulan los humos o los gases calientes que se han producido en la combustin.5.- Cajas de humo:Corresponde al espacio de la caldera que desempea la funcin de caja colectora de los humos despus de haber pasado por todos los conductos antes de salir por la chimenea.6.- Chimenea:sirve para dar la salida a los gases de la combustin, los cuales deben ser evacuados a una altura suficiente para evitar perjuicios y molestias al vecindario.Tambin para producir el tiro necesario para que la combustin se efectuara en buenas condiciones y en modo contino.

7.- Mampostera: Construccin de ladrillo refractarios y ladrillos comunes que tienen como objeto cubrir la caldera para evitar desprendimiento de calor al exterior.8.- Cmara de agua:Volumen de la caldera que esta ocupada por el agua y tiene como limite inferior un cierto nivel mnimo, del que no debe descender nunca el agua durante su funcionamiento.9.- Cmara de vapor:Es aquella parte de la caldera que queda sobre el nivel superior del agua (volumen ocupado por el vapor considerando el nivel mximo admisible de agua).10.- Cmara de alimentacin de agua:Es el espacio comprendido entre los niveles mximos y mnimos del agua.11.- Tapas de registro de inspeccin o lavado: tapas que tienen por objeto permitir inspeccionar ocularmente el interior de las calderas o lavarlas si es necesario para extraer, en forma mecnica o manual, los lodos que se hayan acumulado y que no hayan salido por las purgas.12.- Puertas de hombre:puertas cuya tamao es suficiente para permitir el paso de un hombre para inspeccionar interiormente una caldera y limpiarla si es necesario (pueden tener una o mas puertas de hombre segn su tamao y del equipo)

RIESGOS DE UNA CALDERA:

1.-Aumento sbito de la presin:Esto sucede generalmente cuando se disminuye el consumo de vapor, o cuando se descuida el operador y hay exceso de combustible en el hogar o cmara de combustin.2.-Descenso rpido de la presin:Se debe al descuido del operador en la alimentacin del fuego.3.-Descenso excesivo del nivel de agua:Es la falla mas grave que se puede presentar. Si este nivel no ha descendido mas all del limite permitido y visible , bastar con alimentar rpidamente, pero si el nivel ha bajado demasiado y no es visible, en el tubo de nivel, deber considerarse seca la caldera y proceder a quitar el fuego, cerrar el consumo de vapor y dejarla enfriar lentamente. Antes de encenderla nuevamente, se deber inspeccionarla en forma completa y detenida.4.-Explosiones:Las explosiones de las calderas son desastres de gravedad extrema, que casi siempre ocasionan la muerte a cierto nmero de personas. La caldera se rasga, se hace pedazos, para dar salida a una masa de agua y vapor; los fragmentos de la caldera son arrojados a grandes distancias.Estos accidentes desgraciadamente frecuentes, han sido atribuidos durante mucho tiempo a causas excepcionales y fuerza del alcanza de la prevencin, es decir, se les ha considerado como caso de fuerza mayor.

ACCESORIO DE SEGURIDAD:

Vlvula de seguridad:Todas las calderas tienen una o mas vlvulas deben disponer de uno o mas vlvulas de seguridad cuya finalidad es: dar salida al vapor de la caldera cuando se sobrepasa la presin normal de trabajo, con lo cual se evitara presiones excesivas en los generadores de vapor.Tapn fusible:Consiste en un tapn de bronce, con hilo para ser atornillado al caldero, y tienen un orificio cnico en el centro, en el cual se rellena con una aleacin metlica ( plomo, estao), cuyo punto de fusin debe ser de 250 C como mximo.Alarmas:Silbato de alarmas:accesorios de seguridad que funcionan cuando el nivel de agua en el interior de la caldera a descendido mas all del nivel normal. Consiste en un tubo metlico con el extremo inferior abierto y sumergido al interior de la caldera, hasta el nivel mnimo admisible.

EQUIPOS DE PROTECCION PERSONAL:

CascoZapato de seguridadProtector auditivoGuanteRopa liviana

Revisiones y pruebas de condiciones de seguridad

Para verificar las condiciones de seguridad de los generadores de vapor, stos debern ser sometidos a las siguientes revisiones y pruebas:a) Revisin interna y externab) Prueba hidrulicac) Prueba con vapord) Prueba de acumulacine) Pruebas especiales

COMBUSTIBLES

Los combustibles mas comnmente usados son:

Combustibles gaseosos:Gas licuado ( de petrleo)Gas de alumbrado ( de carbn).Combustibles lquidos:PetrleosKerosnAlquitrn combustibleCombustibles slidos:Carbn de piedraCarboncilloLeaBasuras o desperdicio domestico

SALA DE CALDERAS

El reglamento tambin define las caractersticas mnimas que debe poseer el lugar donde se instala el generador de vapor o caldera:Si el generador de vapor tiene una superficie de calefaccin igual o superior a 5 m2 y cuya presin de trabajo exceda a 2.5 Kg. /cm2, se instalar en un recinto especfico para su utilizacin.Esta sala ser de material incombustible y estar cubierta de techo liviano.No podr ubicarse la caldera sobre construccin destinada a habitacin o lugar de trabajo.La distancia mnima entre la caldera y las paredes del recinto ser de un metro, esta misma distancia debe respetarse entre la caldera y cualquier otro equipo o instalacin.Esta sala deber tener dos puertas o ms, en direcciones diferentes, stas se deben mantener en todo momento despejadas y debern permanecer sin llave mientras las calderas estn funcionando.

BIBLIOGRAFAABB COMBUSTION ENGINEERING,Combustion. Fossil Power, Joseph G. Singer (Ed.), Windsor (Connecticut), 1991.JUTGLAR I BANYERAS, L.,Aislamiento Trmico, Ediciones CEAC, Barcelona, 1998.KOHAN, A.L.,Manual de Calderas, McGraw-Hill, Madrid, 2000.MOLINA IGARTUA, L.A. & ALONSO GIRN, J.A.,Calderas de Vapor en la Industria, CADEM. Ente Vasco de la Energa (EVE), Bilbao, 1996.SINTAS COLL, J., Control de Generadores de Vapor, Tiempo Real, Barcelona.