F = SDT agua alimentación (ppm) (luego del tratamiento).
B = SDT deseados en caldera (ppm) (informado por el fabricante de calderas).
S = Producción de vapor (kg/h).
P = Caudal de purga (kg/h).
La unidad ppm significa "partes por millón" y su tratamiento es similar al de porcentaje.
Como dato adicional sobre la variable "B", podemos indicar que por lo general, y sólo a modo de referencia, se puede utilizar la siguiente tabla para conocer los SDT deseados en una caldera:
Tipo de caldera (B) Máximo SDT (ppm)
Humotubular 3.000 – 3.500
Acuotubular de baja presión 2.000 – 3.000
Acuotubular de media presión 1.500
Calderas de serpentín y generadores 2.000
12.6.2. PURGA DE FONDO.
Las Purgas de Fondo se limitan a una válvula de corte (generalmente de bola), que permita sacar de manera brusca cierta cantidad de agua desde el fondo de la caldera, llevándose con él parte del lodo e impurezas sólidas que se encuentran allí. Esta apertura se realiza de manera periódica y por un tiempo razonable (el tiempo dependerá de lo indicado por los expertos en el tratamiento de agua que lo asesoren), sólo para evitar la acumulación. Es un proceso manual (a lo más, automatizado por un timer, pero sin control proporcional) y el agua perdida no es fácilmente recuperable.
12.7. MÉTODOS DE AGUA DE ALIMENTACION.
La calidad del agua de alimentación a la caldera repercute directamente sobre el buen funcionamiento de la misma así como sobre la vida de muchos de los elementos que forman el equipo generador de vapor. A continuación pueden verse valores aproximados para las variables más importantes que hay que controlar en el agua de la caldera:
· Concentración de oxigeno en el agua de alimentación limitada a 0.005cc por litro.
· Dureza del agua de alimentación entre 0 y 2 ppm. (para reducir la deposición de lodos en la caldera).
· El pH del agua de alimentación debe mantenerse entre 8 y 9, y el agua de la caldera deberá tener un pH entre 10.5 y 11.0
· La cantidad total de sólidos disueltos, la alcalinidad y sólidos en suspensión no deben exceder de un valor determinado en función de la presión
La acumulación de lodos en los tubos dificulta la transferencia de calor resultando así un sobrecalentamiento de los mismos. La corrosión del metal de los tubos o la formación de óxidos puede ser debida a la alta concentración de productos químicos en el agua de la caldera, y la formación de espumas se debe, principalmente, a la presencia de sólidos en suspensión y de otras sustancias orgánicas. Todo esto debe evitarse mediante la adición de los productos químicos necesarios, dicha adición debe ser preferiblemente continua para conseguir concentraciones constantes en el agua de la caldera. Cuando los productos químicos se añaden directamente a la caldera, se debe usar la conexión prevista en el calderín para este propósito.
12.8. ABLANDADORES DE AGUA.
Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y magnesio, es llamada agua dura. El agua dura es conocida por taponar las tuberías y complicar la disolución de detergentes en agua.El ablandamiento del agua es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de los casos iones de calcio y magnesio. En algunos casos iones de hierro también causan dureza del agua. Iones de hierro pueden también ser eliminados durante el proceso de ablandamiento. El mejor camino para ablandar un agua es usar una unidad de ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el suministro de agua.
CATION n+ + nRH ? nR CATION + nH+
12.9. BOCAS DE HOMBRE.
Desincrustante para la limpieza de circuitos de agua en calderas y torres de enfriamiento. Permite limpiezas rápidas mas profundas y con menos peligros para el equipo y el personal. Se presenta con inhibidores incorporados parapara prevenir ataques al equipo y se elimina totalmente con agua.
12.10. EMPAQUETADURAS.
Guarnición de cáñamo, amianto, goma u otros materiales que se coloca en determinados órganos de algunas máquinas para impedir el escape de un fluido.
12.11. SISTEMA DE COMBUSTION.
12.11.1. TIPO DE COMBUSTIBLE.
Los combustibles en la operación de combustión dentro de la caldera básicamente son combustibles fósiles como:
Diesel.
Kerosene.
Gasolina.
GLP.
12.11.2. BOMBA DE COMBUSTIBLE.
Una bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.
12.11.3. SOPLADOR (ingreso de aire, manómetro de presión de aire).
El sopledor es el encargado de mantener el flujo de aire desde el exterior del equipo hasta la cámara de fuego donde se necesita para llevar a cabo la combustión.
H.C. + O2 ? CO2 + H2O + CO + NOX + SOX + CALOR
12.11.4. VALVULA SONELOIDE (alimentación de combustible).
Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula.
El solenoide es un alambre aislado enrollado en forma de hélice (bobina) o un número de espirales con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica. Cuando esto sucede, se genera un campo magnético dentro del solenoide. El solenoide con un núcleo apropiado se convierte en un imán
Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el solenoide actúa directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía necesaria para su movimiento. Es corriente que la válvula se mantenga cerrada por la acción de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la fuerza del muelle. Esto quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo energía mientras la válvula deba estar abierta.
También es posible construir electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un impulso y cierra con el siguiente.
Las electroválvulas pueden ser cerradas en reposo o normalmente cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la alimentación eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en reposo o normalmente abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentación.
Hay electroválvulas que en lugar de abrir y cerrar lo que hacen es conmutar la entrada entre dos salidas. Este tipo de electroválvulas a menudo se usan en los sistemas de calefacción por zonas lo que permite calentar varias zonas de forma independiente utilizando una sola bomba de circulación.
12.11.5. TRANSFORMADOR (para la ignición).
Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Transformador de pulsos
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además una muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220. El transformador de ignición provee la chispa de alto voltaje para la ignición del piloto de gas o del piloto de aceite liviano.
12.11.6. TANQUE DE COMBUSTIBLE.
En las calderas los tanques de combustible de alimentación donde se almacenan los combustibles fósiles dependen de las características del combustible a almacenar (gasolina, GLP, etc.). Cabe tener presente que los tanques de almacenamiento de combustible para calderas no deben estar a corta distancia del caldero ya que se corre riesgos de explosión.
12.11.7. FILTRO DE COMBUSTIBLE.
Los filtros de combustible se utilizan para proteger el sistema de combustión del equipo contra suciedad, óxido, incrustaciones y contaminantes de agua que pueden taponar o desgastar los carburadores e inyectores de combustible y causar un rendimiento deficiente y un fallo del equipo.
Los filtros de combustible evitan la contaminación del equipo y contribuyen a una vida útil del equipo mas larga y sin problemas. Están disponibles para aplicaciones en línea, en carburador y en inyección de combustible.
12.11.8. LA CHIMENEA, TEMPERATURA DE LOS GASES.
La temperatura de los gases de chimenea a la salida de la caldera u otra planta a la que la chimenea sirve la indica el fabricante o es posiblemente una cantidad variable. El ultimo caso corresponde a los hornos incineradores en el que las temperaturas finales varían con el tipo de materia prima que se esta consumiendo.
La temperatura del gas de chimenea rige la cantidad de tiro disponible para el proceso de combustión en un sistema de tiro natural y afecta a la velocidad de salida en todos los sistemas; desempeña, además, un papel importante en la elección de los materiales de revestimiento interno de la chimenea.
Una temperatura de salida de gases de la caldera, al pié de chimenea, de 60°C ( ± 10°C) arriba de la temperatura del vapor saturado de la caldera, nos confirma la alta eficiencia de la caldera en operación, siempre y cuando los valores de CO2 y hollín sean correctos.
12.12. CONTROL DE PRESION DEL VAPOR GENERADO.
El control del vapor generado en el caldero lo genera el instrumento de control automático mcDonell.
El mcDonell es el encargado de controlar la presión y el diferencial de presión en el cual debe funcionar el caldero.
12.13. VALVULA DE SEGURIDAD.
La válvula de seguridad es uno de los instrumentos de control mas importantes de los calderos.
La válvula de seguridad tiene como función abrir paso para que salga vapor del caldero a la atmosfera en el momento que la presión interna del mismo lleguen a un punto crítico. El punto crítico de las válvulas de seguridad es por encima de la presión de diseño de dicho instrumento.
12.14. CONTROLES DE MERCURIO.
Aunque que los métodos para la retención de mercurio se han desarrollado principalmente para incineradoras de residuos, nuevas tecnologías de control de mercurio se están desarrollando para las calderas de carbón como:
La Inyección de Carbono.
Los Filtros de Carbono.
La Captura de Mercurio utilizando como sorbentes Metales Nobles.
12.15. VISOR PARA LA OBSERVACION DE LA LLAMA.
El visor para la observación de la llama no es más que un orificio a la altura del quemador por medio del cual se puede visualizar la llama producida por el mismo y así poder controlar más directamente el perfecto funcionamiento del sistema de combustión.
12.16. CONTROL MANUAL DE LA LLAMA.
Al control manual de la llama en una válvula instalada en el sistema de combustión por medio de la cual se puede regular manualmente la intensidad de la llama producida por el quemador.
Funcionamiento del caldero
Cuando se opera con calderas y en especial cuando estas son adquiridaa por primera vez, es necesario realizar ciertas pruebas que garantizan la correcta operración de la caldera según las especificaciones dadas por el proveedor. Entre ellas se destacan:
a) Inspecciones de fabricación y pruebas de comportamiento en fábrica: Consiste en la verificación de materiales especificados. Inspecciones radiográficas, ultrasonido, partículas magnéticas Balanceo estático y dinámico de rotores.
b) Pruebas durante el montaje e instalación de los equipos. Consiste en la verificación de correcta instalación del equipo, apropiada ubicación, nivelación, alineamiento, soportes y utilización de métodos y procedimientos de montaje aceptables, calificación de soldadores y ejecución de inspecciones radiográficas, Limpieza de tuberías y equipos, Funcionamiento de controles y alarmas.
c) Pruebas de funcionamiento previas a la recepción por el cliente. Adelantadas por el contratista antes de la puesta en operación de la instalación.
El cliente debe exigir pruebas de: Capacidad individual de cada equipo o sistema, correcto funcionamiento de protecciones, controles y alarmas, correcto funcionamiento de auxiliares y accesorios de cada equipo. Es importante que el cliente compare estos resultados con los especificados en el contrato
d) Pruebas de capacidad y eficiencia garantizadas por el cliente.
El objetivo es demostrar al cliente el cumplimiento de las garantías del contrato relacionados con la capacidad de producción de vapor y rendimiento de la unidad, así como su eficiencia.
Calidad del vapor producido
La calidad del vapor es un valor difícil de determinar con exactitud. En la actualidad existen varios métodos para medir la calidad del vapor, sin embargo, no existe ninguno que pueda considerarse simple y sencillo. Entre los más utilizados se pueden mencionar los siguientes:
Método del Separador:
Puede considerarse como el más simple y se basa en la definición de calidad. Se puede utilizar un recipiente cilíndrico, horizontal o vertical, aislado con el fin de separar la fase vapor de la líquida, tal como un separador de petróleo y gas. Las medidas de las tasas de flujo por peso de las dos fases cuando estás dejan el separador, dan una indicación directa de la calidad.
Cualquier método para medir el flujo de las dos fases puede resultar aceptable. Algunas instalaciones utilizan medidores de orificio en ambas líneas, sin embargo, un medidor de desplazamiento positivo o un medidor de turbina en el lado del líquido puede resultar satisfactorio si se realizan las correcciones por temperatura.
Para calcular la calidad, la tasa de flujo en peso de vapor se divide entre las tasas de flujo en peso de las corrientes de agua y vapor. Si la unidad generadora de vapor opera bajo condiciones de flujo continuo, como generalmente lo hace la calidad, puede hallarse dividiendo la tasa de vapor en el separador por la tasa de agua entrante. Algunos generadores comerciales poseen separadores a fin de determinar la calidad.
Método de los Cloruros:
Se ha mencionado que una de las razones por las cuales se usa vapor húmedo en recuperación térmica, es con el fin de prevenir la formación de escamas en las calderas debido a la deposición de sólidos disueltos. Estos sólidos presentes en el agua de alimentación se concentran en la porción líquida de la descarga del generador y sirven para proveer una medida del porcentaje de la alimentación aún en fase líquida.
El ión cloruro Cl- constituye un instrumento conveniente para este chequeo. Por medio de titulación química, la concentración del ión cloruro en la parte líquida del vapor se compara con la concentración del mismo ión en el agua de alimentación. Luego la calidad viene dada por:
Método de la Conductividad:
La conductividad del agua depende de la concentración de sales disueltas en ella. Notando el incremento de la conductividad entre el agua de alimentación y la parte líquida del vapor a la descarga de la caldera, se puede determinar la calidad, mediante la ecuación:
Donde s es la conductividad.
Este método es similar al método de determinación de los cloruros, excepto que se toman en cuenta todas las sales disueltas en lugar de cloruros solamente. Sin embargo, el método de la conductividad no es correcto si el Bicarbonato de Sodio NaHCO3 esta presente en el agua de alimentación. El bicarbonato de sodio se descompone en NaCO3 o NaOH, los cuales tienen oferentes conductividades, este error se corrige neutralizando la solución.
Dado que la comparación básica en este método radica en que las sales disueltas son concentradas en la fase líquida en proporción directa al volumende agua vaporizado. El método es útil para el control y monitoreo continuo de la calidad.
Método del Medidor de Orificio:
La calidad del vapor puede ser determinada por medio de un medidor de orificio si la tasa de flujo de vapor es conocida. Normalmente las unidades generadoras de vapor son diseñadas para operar bajo condiciones de flujo continuo y la tasa de agua entrante puede determinarse por simple medición. La calidad del vapor viene dada por la siguiente ecuación:
Donde:
fst: Calidad del vapor, fracción
C: Constante del medidor de orificio
r s: Densidad del vapor seco, lbs/pie3
h: Presión diferencial a través de la placa de orificio, pulg. de agua.
q: Tasa de flujo de vapor. gal/min.
Calidad del agua alimentada
15.1. SOLIDOS TOTALES DISULTOS.
Los sólidos disueltos están relacionados con el grado de mineralización del agua ya que son iones de sales minerales que el agua ha conseguido disolver a su paso. Están relacionados con la conductividad del agua ya que un aumento de estos iones aumenta la capacidad conductiva. Un tratamiento prolongado con compuestos del cloro en una piscina por ejemplo aumenta la cantidad de sólidos disueltos y la conductividad en el tiempo.
La cantidad de sólidos disueltos en el agua se puede medir en base a conductividad eléctrica o resistencia que es inversamente proporcional , para aguas que tienen muy pocos sólidos disueltos es más eficiente medir la resistividad, NO hay agua que tenga "cero" abosluto, lo mas cercano a cero expresado en resistividad es 18.3 millones de ohms, para tener una comparación si un agua tiene 1 de conductividad que aproximadamente significa 0.5 sólidos disueltos totales ,esto expresado en ohms es igual a un millon. Por lo que 18.3 millones de ohms es algo que se logra mediante una combinación de varios procesos de desmineralización.
15.2. SOLIDOS SUSPENDIDOS.
Los sólidos en suspensión se mantienen en el agua debido a su naturaleza coloidal que viene dada por las pequeñas cargas eléctricas que poseen estas partículas que las hacen tener una cierta afinidad por las moléculas de agua. Este tipo de sólidos como tales son difíciles de eliminar siendo necesaria la adición al agua de agentes coagulantes y floculantes que modifican la carga eléctrica de estas partículas consiguiendo que se agrupen en flóculos de mayor tamaño para así poder separarlos mediante filtración. Ciertos sistemas de tratamiento de agua como la ozonización ya suponen de por sí un buen método floculante ya que se produce la oxidación del hierro, manganeso y aluminio, óxidos que son los que verdaderamente ejercen un fuerte poder floculante en el agua aumentando la eficacia del filtro y mejorando la transparencia del agua.
15.3. Ph.
El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Las soluciones con un pH menor de siete se consideran ácidas, mientras que aquellas con un pH mayor de siete se consideran básicas (alcalinas). El pH 7 se considera neutro porque es el pH aceptado para el agua pura a 25°C, aunque, estrictamente, al agua pura no se le puede adjudicar un valor de pH. El pH depende de la actividad de los iones de hidrógeno (H+), así que es difícil determinar su valor exacto.
En términos simples, el número que indica el pH proviene de una medida de la actividad de los iones de hidrógeno en una solución líquida. Esto se puede calcular mediante una fórmula matemática. La escala de pH es una representación logarítmica inversa de la concentración relativa de protones de hidrógeno (H+). Debido a esto, la escala no empieza en cero. Los líquidos más ácidos pueden tener un pH -5 como mínimo, mientras que los más alcalinos pueden tener pH 14 como máximo.
La lectura del pH de una solución se obtiene, por lo general, comparando soluciones desconocidas con aquellas de pH conocido, y hay varias formas prácticas de hacer esto:
Añadiendo un indicador de pH a la solución. El indicador varía de color dependiendo del pH.
Usando un pH-metro junto con electrodos selectivos de pH (electrodos de cristal, hidrógeno o quinhidrona; transistores sensibles a los iones, etc).
Con un papel de pH. Una tira de papel indicador que cambia de color según el pH.
15.4. OXIGENO DISUELTO.
El oxígeno disuelto ataca las tuberías de acero al carbono formando montículos o tubérculos, bajo los cuales se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferroso – férrico hidratado.
En las líneas de vapor y condensado, se produce el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se acumula agua condensada. La corrosión que produce el oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada de aire al sistema, al bajo valor de pH, el bióxido de carbono abarca por si mismo los metales del sistema y acelera la velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente en el oxígeno.
Precauciones y localización de fallas en calderos
16.1. DESCOMPOSICION TERMAL: ACCION DEL ACIDO CARBONICO Y EL OXIGENO DISUELTO EN EL AGUA.
La descomposición térmica es la descomposición de un compuesto en otros más simples por acción del calor, ya que hay sustancias que al calentarlas se descomponen. La corrosión en la línea de vapor condensado por la presencia de anhídrido carbónico debido a la descomposición térmica en caldera de carbonatos y bicarbonatos.
Las descomposiciones térmicas pueden ser exotérmicas y endotérmicas. Los sólidos que comienzan a descomponerse térmicamente antes de alcanzar su punto de fusión son los que dan lugar, mayoritariamente, a productos gaseosos.
16.2. INCRUSTACIONES: ACCION DE SALES DE Ca++ Y Mg++ EN LAS TUBERIAS.
La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suelen verse con mayor frecuencia que lo estimado conveniente.
El origen de las mismas está dado por las sales da Ca++ y Mg++ presentes en las aguas de aporte a los generadores de vapor, las incrustaciones formadas son inconvenientes debido a que poseen una conductividad térmica muy baja y se forman con mucha rapidez en los puntos de mayor transferencia de temperatura, inclusive llegando a tapar las líneas de distribución de vapor.
Por esto, las calderas incrustadas requieren un mayor gradiente térmico entre el agua y la pared metálica que las calderas con las paredes limpias.
Otro tema importante que debe ser considerado, es la falla de los tubos ocasionados por sobrecalentamientos debido a la presencia de depósitos, lo que dada su naturaleza, aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así sobrevenir desgarros o roturas en los tubos de la unidad con los perjuicios que ello ocasiona.
Las sustancias formadoras de incrustaciones son principalmente el carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, sulfato de calcio y sílice, esto se debe a la baja solubilidad que presentan estas sales y algunas de ellas como es el caso del sulfato de calcio, decrece con el aumento de la temperatura. Estas incrustaciones forman depósitos duros muy adherentes, difíciles de remover, algunas de las causas más frecuentes de este fenómeno es porque el vapor o condensado contienen algún tipo de contaminantes.
16.3. CORROSION.
Para que esta aparezca, es necesario que exista presencia de agua en forma líquida, el vapor seco con presencia de oxígeno, no es corrosivo, pero los condensados formados en un sistema de esta naturaleza son muy corrosivos.
En las líneas de vapor y condensado, se produce el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se acumula agua condensada. La corrosión que produce el oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada de aire al sistema, a bajo valor de pH, el bióxido de carbono abarca por si mismo los metales del sistema y acelera la velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente en el oxígeno.
El oxígeno disuelto ataca las tuberías de acero al carbono formando montículos o tubérculos, bajo los cuales se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferroso- férrico hidratado.
Una forma de corrosión que suele presentarse con cierta frecuencia en calderas, corresponde a una reacción de este tipo:
3 Fe + 4 H2O ———-> Fe3O4 + 4 H2
Esta reacción se debe a la acción del metal sobre calentado con el vapor.
Otra forma frecuente de corrosión, suele ser por una reacción electroquímica, en la que una corriente circula debido a una diferencia de potencial existente en la superficie metálica.
Los metales se disuelven en el área de más bajo potencial, para dar iones y liberar electrones de acuerdo a la siguiente ecuación:
En el ánodo Feº – 2 e- —————> Fe++
En el cátodo O2 + 2 H2O + 4 e- ———-> 4 HO-
Los iones HO- (oxidrilos) formados en el cátodo migran hacia el ánodo donde completan la reacción con la formación de hidróxido ferroso que precipita de la siguiente forma:
Fe ++ + 2 OH- ———-> (HO)2 Fe
Si la concentración de hidróxido ferroso es elevada, precipitará como flóculos blancos.
El hidróxido ferroso reacciona con el oxígeno adicional contenido en el agua según las siguientes reacciones:
4 (HO)2 Fe + O2 ———- 2 H2O + 4 (HO)2 Fe
2 (HO)2 Fe + HO- ———-> (HO)3 Fe + e
(HO)3 Fe ———-> HOOFe + H2O
2 (HO)3 Fe ———-> O3Fe2 . 3 H2O
16.4. PITTING
Corrosión pitting, o pitting, es una forma de corrosión sumamente localizada que lleva a la creación de agujeros pequeños en el metal. El poder dañino por corrosión pitting es la falta de oxígeno alrededor de un área pequeña. Esta área se vuelve anódica mientras el área con exceso de oxígeno se pone catódica y lleva a corrosión galvánica muy localizada. La corrosión penetra la masa del metal, con difusión limitada de iones, pronunciando la falta localizada de oxígeno más allá. El mecanismo de corrosión pitting probablemente está igual que corrosión de la hendedura.
Mantenimiento del caldero
17.1. CUIDADO DEL LADO DE AGUA.
SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE CALDERA CON AGUA DESMINERALIZADA: El concepto de desmineralizar el agua que se alimenta a una caldera tiene la gran ventaja de poder emplear una sola formulación o adición de sustancias químicas que protejan la caldera de la acción corrosiva e incrustante del agua de proceso, independientemente de la procedencia y calidad del agua.
a: PROCESO DE ABLANDAMIENTO TRADICIONAL. En el proceso de ablandamiento con resinas cationicas, el calcio y el magnesio son intercambiados por iones sodio. En el proceso de ablandamiento la salinidad o contenido de sales disueltas en el agua no disminuye, de hecho se incrementa ligeramente ya que un equivalente de calcio Ca+2 pesa 20 gramos y un equivalente de sodio Na+ pesa 23 gramos.
b: ABLANDAMIENTO CON MEMBRANAS. Para que el agua pueda ser procesada por membranas, previamente deberá tener un adecuado tratamiento externo, para garantizar la ausencia de sólidos y coloides en el agua a alimentar a la caldera.
En el proceso de membranas, si éstas son de osmosis inversa, las sales son removidas y el permeado o producto solo contiene trazas de sales disueltas. En el proceso de membranas se remueven del agua de alimentación a la caldera componentes indeseables como: calcio, magnesio, fierro y otros metales, carbonatos y bicarbonatos, cloruros, sulfatos, etc., por lo que estos ya no precipitan en el calentamiento y evaporación del agua en la caldera.
En el ablandamiento por membranas la salinidad disminuye debido a que no es una reacción de intercambio, sino un proceso de tamizado a nivel atómico y molecular que separa los iones en dos corrientes, una que es el producto sin iones disueltos y un rechazo que acarrea los iones que ya no contiene el agua producto y que originalmente contenía el agua de alimentación a la membrana.
Al no tener sales el agua de alimentación no se requiere de las frecuentes purgas y la consiguiente reposición del agua desechada. Esto conduce a menor gasto se productos químicos y a menores pérdidas de calor por el agua caliente que se desecha en la purga.
El agua desmineralizada es altamente corrosiva, por lo que es necesario neutralizar ésta y agregar sustancias químicas que suban el pH y tengan una acción protectora con el metal con el que estarán en contacto en la caldera.
17.2. CUIDADO DEL LADO DE FUEGO.
Los problemas que existen en el parte del hogar ó sea después de la combustión son más complejos, que los de la llama y se puede dividir en tres partes:Deposición de cenizas y escorias.Corrosión a altas temperatura en calderas.Emisión de gases en la chimenea.Los depósitos de cenizas y corrosión de las superficies de la caldera se asocian generalmente con la formación de compuesto semi – líquidos con puntos de fusión bajos tales como sulfatos y vanadatos alcalinos. Los procesos corrosivos son procesos electroquímicos que es muy rápida cuando el agente corrosivo es un líquido y mucho menor cuando es sólido, la solución de ambos problemas , depósitos de cenizas y corrosión implica el cambio de la fase líquida a la fase sólida por algún medio, el método más práctico ha sido mediante el uso de aditivos químicos ; algunos están indicados para aumentar la temperatura del punto de fusión de las cenizas, otros cambian la estructura física de los depósitos para aumentar el tamaño de los cristales, facilitando el soplado del hollín, otros actúan como catalizadores para disminuir la temperatura de ignición del carbón la formación de escoráis a alta temperatura es función de un número de variables como el tipo de calderas, condiciones de operación e impurezas contenidas en los petróleos residuales. La principal causa de corrosión es la condensación de los productos gaseosos de la combustión y la formación de ácido sulfúrico, la velocidad de condensación y formación de depósitos depende de las proporciones de azufre, vanadio, sodio y níquel.El porcentaje de conversión de SO2 a S03 en los Humos es función de la temperatura y exceso de aire.Es bien conocido que las calderas que operan con muy bajos excesos de aire evitan la formación de S03. Sin embargo es dudoso que se puede conseguir un exceso de aire del 0.1% en la práctica industrial sin pérdidas excesivas de carbón no quemado, las cenizas se encuentran normalmente en el residual y son el carbón agentes neutralizantes efectivos para el SO3 cuando fluyen libremente en los gases del horno.Cuando las cenizas se depositan en los tubos de las calderas forman superficies activas catalíticamente que son capaces de producir gran cantidad de SO3 en lugar de neutralizarlo hay varios métodos químicos para eliminar este problema además de reducir el exceso de aire. Estos incluyen la neutralización del SO3 por catálisis del vanadio-sodio para determinar el uso adecuado del aditivo químico se debe elegir el proveedor mejor especializado.
17.3. CUIDADO DEL QUEMADOR.
Limpieza y examen del cartucho del filtro de gasóleo, en caso necesario sustituirlo;
Examen del estado de conservación de los latiguillos flexibles, verificar eventuales pérdidas;
Limpieza y examen del filtro interno de la bomba;
Desmontaje, examen y limpieza cabeza de combustión, durante el montaje respetar escrupolosamente las tolerancias explicadas por elfabricante;
Examen electrodos de encendido y su correspondiente aislamiento cerámico, sin pieza inspección y si es necesario sustituir;
Desmontaje y limpieza del inyector de gasóleo (importante: la limpieza debe realizarse utilizando disolventes y no utensilios mecánicos). Al finalizar las operaciones de mantenimiento, después de haber montado el quemador, encender la llama y verificar la forma; en caso de duda sustituir el inyector.
Examen y limpieza cuidadosa de la fotoresistencia de control de llama, si fuera necesario, sustituirla. En caso de duda verificar la señal de encendido de la célula, después de haber puesto en funcionamiento el quemador.
Verificar que la serie de termostatos (o presostatos) den señal de funcionamiento al quemador.
17.4. CUIDADO DE LOS CONTROLES.
A los controles hay que darles un mantenimiento cada tres meses o cuando se observe un funcionamiento deficiente del caldero con el fin de controlar el perfecto funcionamiento de los instrumentos de control
17.5. REVISIONES AL FUNCIONAMIENTO.
Cuando se opera con calderas y en especial cuando estas son adquiridaa por primera vez, es necesario realizar ciertas pruebas que garantizan la correcta operración de la caldera según las especificaciones dadas por el proveedor. Entre ellas se destacan:
a) Inspecciones de fabricación y pruebas de comportamiento en fábrica: Consiste en la verificación de materiales especificados. Inspecciones radiográficas, ultrasonido, partículas magnéticas Balanceo estático y dinámico de rotores.
b) Pruebas durante el montaje e instalación de los equipos. Consiste en la verificación de correcta instalación del equipo, apropiada ubicación, nivelación, alineamiento, soportes y utilización de métodos y procedimientos de montaje aceptables, calificación de soldadores y ejecución de inspecciones radiográficas, Limpieza de tuberías y equipos, Funcionamiento de controles y alarmas.
c) Pruebas de funcionamiento previas a la recepción por el cliente. Adelantadas por el contratista antes de la puesta en operación de la instalación.
El cliente debe exigir pruebas de: Capacidad individual de cada equipo o sistema, correcto funcionamiento de protecciones, controles y alarmas, correcto funcionamiento de auxiliares y accesorios de cada equipo. Es importante que el cliente compare estos resultados con los especificados en el contrato
d) Pruebas de capacidad y eficiencia garantizadas por el cliente.
El objetivo es demostrar al cliente el cumplimiento de las garantías del contrato relacionados con la capacidad de producción de vapor y rendimiento de la unidad, así como su eficiencia.
Eficiencia
18.1. PERDIDAS DE EFICIENCIA DEBIDO A INSCRUSTACIONES.
Las incrustaciones son causa de pérdida de eficiencia en tuberías y equipos: disminución de caudal en las primeras, y disminución de la capacidad de transferencia térmica en los últimos (destinados a la refrigeración o bien calentamiento de agua): en efecto, una capa calcárea formada sobre las superficies internas de una caldera o una torre de refrigeramiento, incrementa el consumo de combustibles entre un 40 y un 90% de lo necesario idealmente para lograr los mismos resultados.
18.2. PERDIDA DE EFICIENCIA DEBIDO A PÉRDIDAS DE CALOR, MALA COMBUSTION.
Debido al flujo de calor desde los gases a las paredes de los cilindros. Además de las precedentes puede haber otras pérdidas en los motores debidas a pérdidas entre aros y camisas y válvulas. Pero en motores que funcionan en buenas condiciones, este tipo de pérdidas se consideran despreciables frente a las otras. Ocasionados por una mala combustión, debido a deficiencias en la proporción del oxigeno presente en la combustión; para corregir esta anomalía:
Revisar el correcto funcionamiento de los ventiladores de la caldera.
Hacer limpieza a todos los pasos de gases (pirotubo y chimenea).
Revisar la humedad de la fibra, 32% es recomendable; valores superiores ocasionan una combustión desastrosa.
Controlar la dosificación de fibra, porque un exceso de la misma ocasiona mala combustión.
Análisis de fallas y sus consecuencias
19.1. POR TRATAMIENTO INADECUADO DEL AGUA.
Si el vapor a la entrada a turbina tiene partículas de agua líquida, el choque de las gotas contra la turbina puede provocar vibraciones y desequilibrios. El vapor puede contener agua líquida por fallo en el sobrecalentamiento, por una atemperación excesiva, porque la válvula de atemperación esté en mal estado, o porque en el camino entre la válvula de atemperación y la entrada a turbina sufra un enfriamiento anormal. Si esto se produce es necesario detectarlo y corregirlo cuando antes, pues provocará una erosión en los álabes de la turbina, y se dañarán. El análisis de vibración y las inspecciones boroscópicas ayudarán en la tarea de detección temprana del problema. La solución consiste inevitablemente en corregir el problema que esté causando la presencia de agua en el vapor.
19.2. FALLAS EN EL SISTEMA DE COMBUSTION.
El operador estaba seguro que los problemas que tenía fueron causados por el aceite que se espesaba. En realidad, eran originados por problemas de inyección y combustión
En este caso es fácil corregir el problema de inyección y combustión. Pero si no solucionamos la causa de esta falla, se repetirá. Es fácil decir que el diesel es malo, pero aunque sea la verdad, hay soluciones. Existen aditivos efectivos para reacondicionar el diesel.
19.3. FALLAS EN SECUENCIAS DE CONTROLES DE SEGURIDAD ELECTRONICA.
El conjunto de partes soldadas no debe ser poroso ni tener inclusiones no metálicas significativas, debe formar contornos superficiales que fluyan suavemente con la sección que se está uniendo y no tener esfuerzos residuales significativos por el proceso de soldadura.
Sistema de distribución de vapor (tubería de vapor)
20.1. INTRODUCCION Y DEFINICION DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCION DE VAPOR.
El hombre ha ido adquiriendo y mejorando el legado de sus antecesores, perfeccionando sus técnicas, y acrecentando así cada vez más su demanda por conseguir una mejor calidad de vida. Fue así, como surgieron los tubos, quienes, organizados en sistemas, perduran en el tiempo como el medio de transporte de fluidos.
En nuestro trabajo nos hemos propuesto adquirir conocimientos descriptivos de los sistemas de tuberías, así como también, de los accesorios que lo conforman. La elección de una tubería es una actividad muy compleja que depende de los materiales de construcción, espesor de la pared del tubo, cargas y tipo de instalación.
El diseño de una tubería se basa en ciertas normas de diseños estandarizadas, investigadores, ingenieros de proyectos e ingenieros de campo en áreas de aplicación específicas.
Las discrepancias de estas normas se relacionan con las condiciones de diseño, el cálculo de los esfuerzos y los factores admisibles. Es importante destacar también, los principios fundamentales del mantenimiento de tuberías, punto más importante a tener en cuenta en cualquier proceso industrial.
Posterior a la generación del vapor en la caldera es necesario un medio para llevar la energía del vapor hacia los procesos que lo requieren. Este medio es la red de distribución de vapor y retorno de condensado, las que a su vez están conformadas por una serie de elementos.
Líneas o redes generalmente de acero cuya función es llevar el vapor desde la caldera hacia los equipos consumidores. Deben ser seleccionadas de acuerdo al flujo y presión que circula por ellas.
20.2. DISTRIBUCION GENERAL Y DRENAJE DE CAÑERIAS.
La base de todo drenaje es la construcción de un canal adecuado y accesible por el que pueda correr el agua de la superficie
El exceso de agua en la tierra se filtra en la cañería a través de agujeros en las tejas. Cuando no se puede utilizar la fuerza de la gravedad se emplean bombas para llevar el agua de los sistemas de drenaje a canales que a menudo están situados a un nivel superior que las tierras drenadas. Éstas suelen hundirse al disminuir su contenido de humedad, aumentando la dificultad del drenaje de las zonas bajas.
20.3. CALIDAD DE VAPOR.
La calidad o título del vapor es la fracción molar del vapor en el estado de mezcla que se obtiene a la salida de la turbina. La llamada ley de la palanca de Maxwell determina su valor.
20.4. AISLAMIENTO TERMICO.
Todos los materiales oponen resistencia, en mayor o menor medida, al paso del calor a través de ellos. En algunos materiales la resistencia es muy baja; como los metales, por lo que se dice de ellos que son buenos conductores. Los materiales de construcción (yesos, ladrillos, morteros) tienen una resistencia media. Aquellos materiales que ofrecen unas resistencias altas se llaman aislantes térmicos.
La utilización de estos recubrimientos en tuberías de vapor disminuye el consumo de energía, reduciendo las pérdidas de calor a través de las paredes. Pueden considerarse valores de temperatura de pared por encima de 80 ºC con potencial de ahorro de energía para ser evaluado. Adicionalmente los aislamientos térmicos impiden el contacto de operarios con tuberías o equipos que se encuentran a altas temperaturas.
20.5. REDUCCION DE PRESION.
Un conjunto de válvula, dependiente de la carga, de reducción de presión de freno comprende un pistón montado en un vástago de pistón y móvil para controlar una válvula para controlar la conexión entre una entrada y una salida. el cuerpo de válvula 1 esta montado en una parte suspendida de un vehículo y el vástago de pistón esta acoplada a una parte no suspendida por un dispositivo de detección de posición que comprende una palanca y muelles. Para una separación nominal de las partes suspendidas y no suspendidas el dispositivo de detección no ejerce ninguna fuerza sobre el vástago del pistón. Para separaciones mayores de las partes suspendidas y no suspendidas el muelle ejerce una fuerza sobre el vástago del pistón que se opone a la fuerza de un muelle interno, y para separaciones menores el muelle ejerce una fuerza sobre el vástago del pistón que aumenta la fuerza del muelle interno. Por consiguiente, la fuerza elástica neta que actúa sobre el pistón disminuye siempre cuando aumenta la separación entre las partes suspendidas y no suspendidas.
Parte experimental
21.1. DIBUJAR EL CALDERO DE OPERACIONES UNITARIAS Y LA LINEA DE DISTRIBUCION DE VAPOR HASTA EL SECADOR, AUTOCLAVE, EVAPORADOR, COLUMNA DE DESTILACION
*Ver siguiente pagina
21.2. LLENE LA SIGUIENTE TABLA PARA ENTRADA Y SALIDA DE LINEAS DEL CALDERO.
ENTRADA | SALIDA | |||
1 | Agua ablandada | Vapor | ||
2 | Combustible | Gases de combustión | ||
3 | Aire | Purgas superficiales | ||
4 | Tratamiento químico (resina) | Purga de fondo | ||
5 | Válvula de seguridad (aire) | |||
21.3. DIBUJE SU CALDERO CON TODOS SUS ACCESORIOS.
21.4. ESCRIBA BREVEMENTE EL PROCEDIMIENTO Y MANEJO DEL CALDERO DEL L.O.U.
Para el manejo del caldero del L.O.U. primeramente hay que conectar la corriente eléctrica hacia los instrumentos de control del caldero, mas específicamente hacia el mcDonell, este es el instrumento que monitoria el funcionamiento del caldero según las calibraciones de operación y que encenderá las bombas de alimentación del agua de trabajo, de ser necesario.
Por consiguiente procedemos a abrir lentamente la válvula que dará paso al vapor producido por la caldera hacia la línea de distribución del L.O.U.
21.5. QUE SIGNIFICA: GENERAR VAPOR A 50 PSIG CON UNA CAIDA DE PRESION DE 10 PSIG.
Significa que el caldero generara vapor hasta que la presión interna del caldero alcance los 50 PSIG, alcanzando esa presión el quemador dejara de funcionar hasta que la presión interna descienda 10 PSIG, es decir hasta que la presión interna sea 40 PSIG, en ese instante el caldero se ponen en marcha para seguir generando vapor con dichas características.
22. Trampas de vapor presentes por equipo en el L.O.U.
EQUIPO | # de TRAMPAS |
Evaporador de doble efecto | 4 |
Torre de destilación 1 | 5 |
Torre de destilación 2 | 4 |
Intercambiador de calor (bancada de tubos) | 2 |
Intercambiador de calor (tubos concéntricos) | 2 |
Secador de tunel | 1 |
23. CALCULOS (consumo).
Tiempo de trabajo: 2 min
Conclusiones
La conclusión en la practica de calderos es que teniendo el equipo en buenas condiciones con revisiones periódicas el caldero no tiene porque dar problema alguno.
Recomendaciones
Antes de operar un caldero hay que tener presente leer el dimensionamiento del equipo proporcionado por el fabricante para evitar accidentes en el área de trabajo. También se recomienda seguir los capítulos de operación y mantenimiento de este informe. Debemos recordar que el agua de alimentación de la caldera siempre debe ser tratada previamente para evitar daños en los equipos de la planta de operaciones que utilizan vapor.
Bibliografía consultada
Manual del Ingeniero Químico (séptima edición).
Manual de Operación de Calderas de "Industrias Tijuana".
Encarta Premium 2009
Enciclopedia "Física y Química" (océano).
Páginas de de internet que colaboraron:
www.monografias.com
Autor:
Marving F. Pazmiño Z.
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