CALDERAS 1.ppt

Eduardo Diana
Operación, Mantenimiento y
Seguridad de Calderas

Eduardo Diana
¿Cómo comprar una caldera?
1. Saber exactamente que quiere que
la caldera produzca?
 Vapor a baja presión
 Vapor a alta presión
 Agua caliente
 Agua caliente a elevada temperatura

Eduardo Diana
2. Qué tamaño de caldera se necesita?
 Cuando vapor es necesario para satisfacer
los procesos
 Cuanta agua es necesaria para cumplir los
requerimientos de consumo

Eduardo Diana
3. Cual será el servicio principal de la
caldera?
 Calentamiento de un espacio,
 Vapor de proceso,
 Humidificación,
 Otros servicios.

Eduardo Diana
4. Cual es el grado de criticidad de la
caldera?
 Si la caldera es extremadamente
crítica es recomendable planificar una
en stand by

Eduardo Diana
5. Qué tipo de combustible está disponible?
 Gas natural
 Fuel oil
 Propano
 Carbón
 Madera
 Otros

Eduardo Diana
6. Qué tipo de sistema de aire de combustión
le gustaría?
 Sistemas de aire forzado son más eficientes y también
más costosos que los quemadores atmosféricos
 Influencias externas, tales como controles de emisión,
ubicación de la caldera y disponibilidad de espacio
contribuirán a esta selección.

Eduardo Diana
7. Quien realizará las tareas de
Operación, Inspección y
Mantenimiento?
 El soporte posventa es un factor crítico a
considerar
 Disponibilidad de repuestos y precios.

Eduardo Diana
Calderos Humotubulares
Todas las calderas humotubulares tienen lado agua y lado fuego.
Ambos requieren inspección y mantenimiento adecuados con el
objeto de mantener el equipo funcionando con la MAYOR
EFICIENCIA

Eduardo Diana

Eduardo Diana
Qué es un caldero humotubular?
Como su nombre lo indica el fuego, o los gases calientes
provenientes del quemador, es canalizado a través de los tubos
rodeados por el fluido (agua en la mayoría de los casos, pero
puede ser otro, tal como aceite) a ser calentado. El cuerpo del
caldero es un recipiente a presión y contiene el fluido que es
calentado o convertido en vapor para uso en los procesos.
Cada conjunto de tubos por los que circula el humo (fuego),
antes de retornar, es considerado “un paso”. De modo que un
caldero de 3 pasos tendrá un conjunto de tubos que recorre la
longitud del caldero 3 veces.

Eduardo Diana
CALDEROS GONELLA Tipo R
Automáticas para gas natural, gas oil, duales gas-gas oil – mezcla 70-30
Caldero humotubular horizontal de retorno de llama, utiliza un
concepto avanzado que permite logar en una cámara de combustión
presurizada, la inversión de la llama sobre si misma, logrando así un
máximo rendimiento en las superficies radiantes del caldero.
Luego los gases pasan a un haz de tubos de alta velocidad donde se
logra, a través de turbuladores, un alto coeficiente de transmisión
térmica.
Destacamos que un rendimiento térmico elevado y una sencilla y
segura construcción, hacen de este equipo una combinación para
medianas capacidades de vapor o agua caliente, de excepcional
economía y baja inversión.
Este caldero es totalmente construido de acuerdo a normas
internacionales (ASME B&PVC, TRD)

Eduardo Diana
CALDEROS GONELLA Tipo R
Automáticas para gas natural, gas oil, duales gas-gas oil – mezcla 70-30

Eduardo Diana
VENTAJAS:
 Relativamente poco costosas
 Fáciles de limpiar
 De tamaño compacto
 En capacidades desde 300 kg a 20.000 kg de vapor/h
 Adecuadas para calentamiento de áreas y para aplicaciones
de procesos industriales
DESVENTAJAS:
 No adecuadas para aplicaciones a alta presión (250 psi – 17,6 kg/cm2)
 Limitaciones para elevadas capacidades de generación de vapor

Eduardo Diana
Calderos Acuotubulares

Eduardo Diana
Qué es un caldero acuotubular?
 Un diseño acuotubular es lo opuesto a uno humotubular
 El agua fluye aquí por el interior de los tubos que se encuentran
dentro de un horno (hogar), que recibe el fuego de un quemador
 Estos tubos son conectados a unos colectores (domos), donde el
agua es calentada y produce vapor (domo superior)

Eduardo Diana
VENTAJAS:
 Sin límites de tamaño (mayores que los humotubulares)
 Capacidades de hasta 200 – 250 Tn de vapor / hora
 Presiones de vapor de hasta 5000 psi (351.5 kg/cm2)
 Posibilidad de alcanzar mayor temperaturas
DESVENTAJAS:
 Elevado costo inicial
 Difíciles de limpiar, a consecuencia de su diseño
 Gran tamaño
 Elevado costo de mantenimiento

Eduardo Diana
 Programa de Mantenimiento
 Programa de Inspecciones
(API 573-´03)

Eduardo Diana
Inspección y Mantenimiento

Eduardo Diana
Inspección Mecáncia, cada 6 meses
VISUAL
 MATERIAL REFRACTARIO
 TUBOS
 PLACA TUBOS
 HORNO
1. OBJETIVO: Determinar la condición de estos elementos. Abrir el caldero
y con luz de elevada intensidad inspeccionar la condición de estas
superficies.
2. HALLAZGOS: Si se observan ampollados o pozos es indicativo de que
existe corrosión por condensación de gases del combustible. Esta
condensación crea una solución ácida que puede corroer el horno y los
tubos (internamente). Esto se puede corregir manteniendo la
temperatura del agua al mínimo (80oC). Otra solución es mantener la
caldera en marcha períodos de tiempo más largos, evitando los ciclos
más cortos, que permiten la formación de condensación.

Eduardo Diana
Inspección Mecánica, cada 1 año
 Observar si existe depósito de HOLLÍN en los tubos. El hollín es un
producto derivado de la combustión y puede reducir seriamente la
transferencia de calor en el caldero. Pobre transferencia del calor
significa POBRE EFICIENCIA. Si se observa hollín realizar la limpieza
de la unidad. Esto se realiza con una frecuencia determinada por el
funcionamiento del caldero (Una vez a año si el mismo el adecuado).
Si el CALDERO es adecuadamente ajustado, solo
necesitan limpiar los tubos una vez al año.
 Si se observa demasiado hollín es indicativo de que se está quemando
combustible en exceso. En ese caso un especialista técnico debe ajustar
el quemador
 Otro modo de controlar la presencia de hollín es instalar un termómetro
en la chimenea. Cuando la temperatura en esa zona aumenta por
encima de lo normal se puede inferir que es tiempo de limpiar los tubos.

Eduardo Diana
Inspección cada 1 año
 Mientras se tiene abierta el caldero observar la placa tubo, buscando
evidencia de pérdidas en los extremos de los tubos. Esto puede
apreciarse por depósitos blanquecinos que caen desde los extremos de
los tubos. Si encuentra esto contactarse con una Empresa de Servicios
de Calderos para remandrilar los tubos con pérdidas.
 También controlar las juntas de sello de las tapas. Si se tienen dudas
reemplazarlas. Es más fácil hacerlo ahora que luego que se ha puesto en
marcha el caldero.
 El último elemento a controlar, del lado de fuego, es el refractario.
Asegurarse que está completo y reparar grietas que pudieran existir.
 Si se detectan pérdidas en ladrillos refractarios reemplazarlos.

Eduardo Diana
Almacenamiento de Calderos
HÚMEDO
 Inspeccionar la caldera y limpiarla si fuese
necesario.
 Llenar la caldera con agua de alimentación
desaereada a niveles normales
 Contactar la empresa de tratamiento de aguas
para determinar los productos químicos
necesarios, en función de la condición del agua.
 Como alternativa se puede inertizar con
nitrógeno. Asegurarse de que los venteos están
cerrados y de que la presión del nitrógeno sea
mayor que la atmosférica.

Eduardo Diana
Almacenamiento de Calderos
SECO
 Inspeccionar y limpiar la caldera.
 Drenar el agua y asegurar su secado.
 Verificar que no entre humedad a través de las
líneas de vapor, agua de alimentación y
cualquier punto de ingreso de aire.
 Colocar material absorbente (sílica gel). Se
sugieren 5 lb cada 30 ft3 de volumen de la
caldera.
 Cerrar bocas de inspección y entradas de
hombre (Identificar este hecho en el exterior).
 Inspeccionar la caldera cada 2 ó 3 meses y
reemplazar material absorbente.

Eduardo Diana
Puesta en marcha de caldera en uso
1. Usar nuevas juntas
2. Limpiar e inspeccionar corte por
bajo nivel de agua
3. Controlar dispositivos de seguridad
 Válvulas de seguridad
 Controles de seguridad de llama
 Válvulas de corte de seguridad
(prueba de pérdidas)

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Lista de Control de Inspección
 Todos los refractarios
 Reemplazo de juntas lado fuego
 Juntas de bafles refractarios
 Juntas del quemador
 Juntas de bocas de inspección
 Juntas de entrada de hombre
 Cortes por bajo nivel de agua
 Lanza de combustible
 Electrodo piloto y tubo piloto
 Detector de llama

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 Tubo Scanner (Explorador)
 Programador
 Motor de Damper (Regulador de Tiro)
 Lazos de control
 Transformador de encendido
 Cable de encendido
 Controles de límites de operación
 Válvulas piloto

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 Válvulas de gas principal
 Regulador de gas principal
 Válvula mariposa de gas
 Motor del ventilador
 Interruptor de suministro de aire
 Bomba de atomización de aire
 Limpiador de aire
 Filtros
 Mangueras de aire y de combustible
 Válvulas de combustible

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 Sistema de medición de combustible
 Medidores de presión (Manómetros)
 Termómetro de chimenea
 Conjunto de columna de agua
 Safety Valves
 Ventanas de inspección

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Seguridad
1. Principios de combustión
2. Propiedades del vapor
3. Operación de equipos
 Recipientes a presión
 Bloqueos
 Bajo nivel de agua

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Válvulas de Seguridad

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Confiabilidad
1. Procedimientos parada (stand-by)
2. Procedimientos respaldo (back-up)
3. Operación de calderas múltiples
 Programación
 Secuencias

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Uso de la energía
1. Eficiencia de la combustión
2. Eficiencia térmica
3. Eficiencia de los componentes del
sistema
4. Eficiencia de la distribución del
sistema
5. Control

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Vida de la caldera
 Performance del sistema
 Mantenimiento del sistema

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Mejoramiento de agua de calderas
 Tratamiento interno
acondicionamiento del agua de caldera a niveles predeterminados
mediante la utilización de productos químicos.
 Desmineralización/ Ósmosis Inversa / Electrodiálisis
el reemplazo de sales inorgánicas específicas por intercambio de
iones.
 Desaereación
la remoción de oxígeno (O2) y Dióxido de Carbono (CO2) disuelto
mediante el calentamiento y atomización del agua con vapor.

Eduardo Diana

Eduardo Diana
Mejoramiento de agua de calderos
El tratamiento del agua de alimentación de los
calderos es ABSOLUTAMENTE NECESARIO
 A menos que el caldero reciba agua de una calidad adecuada la vida
del caldero necesariamente se verá disminuidda.
 Un caldero puede tomar el suministro de agua de ríos, lagos,
subterráneo, etc.
 Cada fuente de de suministro de agua requiere un análisis
específico.
 Dependiendo de este análisis se pueden emplear distintos métodos
de tratamiento de aguas.

Eduardo Diana
Análisis de Agua
DUREZA DEL AGUA
1. mg/l - miligramos por litro
2. ppm - partes por millón
3. gpg – granos por galón
La siguiente fórmula demuestra formación de incrustaciones

Eduardo Diana
Los sólidos suspendidos representan la materia no
disuelta en agua, incluyendo polvo, sales, elementos
biológicos, y materia orgánica insoluble.
Cuando los minerales se disuelven en agua, se forman
iones. La suma de todos los minerales o iones en el agua
son los sólidos disueltos totales o TDS.
El hierro puede ser solube o insoluble. El hierro
insoluble puede tapar las válvulas y filtros,
provocando excesivo sedimento en las áreas bajas del
sistema de alimentación de agua. Esto también puede
provocar fallas en los tubos.
El hierro insoluble puede interferir en muchos procesos,
tales como en la impresión o secado de ropas.
En los sistemas domésticos de agua, elementos de
porcelana puede mancharse con proporciones tan bajas
como 0.25 ppm de hierro.

Eduardo Diana
 La dureza del agua es una medida del contenido de Calcio y Magnesio
(Carbonatos de Ca y Mg). La dureza del agua es una fuente primaria de
cascarillas en los calderos.
Silica en el agua de alimentación también puede provocar cascarillas duras
de elevada densidad, con alta resistencia a la transferencia del calor.
La alcalinidad es una medida de la capacidad del agua para neutralizar los
ácidos fuertes. En las aguas naturales, la capacidad es atribuible a las bases,
tales como bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos; así como también a
silicatos, boratos, amonios, fosfatos, y bases orgánicas. Estas bases,
especialmente los bicarbonatos, se parten para formar dióxido de carbono
en el vapor, que es el principal factor de corrosión en las líneas de
condensado. La alcalinidad también contribuye a la formación de
espuma.

Eduardo Diana
Niveles aceptables de alcalinidad
La alcalinidad, así como la dureza y los sólidos disueltos totales (TDS), es
expresada en partes por millón (ppm). El nivel aceptable de alcalinidad en
un caldero depende fundamentalmente de la presión a la cual opera la
misma. En una caldero de baja presión, este nivel no excederá de 700
ppm. Si los niveles de alcalinidad exceden de 700 ppm puede provocarse
la rotura de los bicarbonatos, dando origen a carbonatos y liberación de
dióxido de carbono (CO2) con el vapor. Esta presencia de CO2 corroerá las
líneas de vapor y de retorno de condensado.
LA MÁXIMA CONCENTRACIÓN DE ALCALINIDAD ADMISIBLE DENTRO DE
UN CALDERO DE BAJA PRESIÓN ES DE A 700 PPM.

Eduardo Diana
 Sistema de alimentación química
es usado para “alimentar” la
cantidad apropiada de componentes
químicos dentro del sistema, para
combatir el escamado y la corrosión.
Un sistema de alimentación química
contiene un tanque, estructura de
soporte, bomba, motor y agitador.
Opera junto con el sistema de
alimentación de agua al caldero o
desaereador. Asegura que las
cantidades adecuadas de productos
químicos están siendo incorporados
al sistema.

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SISTEMA ABLANDADOR DEL AGUA
 Un ablandador de agua es usado para quitar la
dureza del agua de alimentación de los calderos.
Están disponibles en un amplio rango de
tamaños y configuraciones.
 Removiendo la dureza del agua se proteje el
caldero de la formación de óxidos (cascarillas)
que disminuyen la eficiencia en la transferencia
de calor del caldero.

Programa de
Mantenimiento y Operación
 Incremento de transferencia de calor
 Menores gastos de combustibles
 Menores consumos de productos químicos

Eduardo Diana
Pérdidas en calderas
por incrustaciones
Espesor de
incrustaciones
Incremento de consumo de
combustible x incrustaciones
0,5 mm 2 %
1,0 mm 4 %
2,0 mm 6 %
4,0 mm 10 %
8,0 mm 20 %
16,0 mm 40 %
30,0 mm 80 %

Eduardo Diana
Objetivos del tratamiento de aguas
1. Prevención de incrustaciones en la caldera
(uso de productos químicos especiales, tales
como inhibidores de incrustaciones)
2. Prevención de corrosión in la caldera
(uso de productos químicos especiales, tales
como inhibidores de corrosión)
3. Prevención de agrietamiento por corrosión bajo
tensión
4. Prevención de contaminación del vapor

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Tratamiento externo
 El tratamiento del agua realizado fuera del caldero es
llamado externo.
 Los métodos físicos principales para mejorar la calidad
del agua de calderos incluyen floculación, clarificación,
desaereación, remoción de aceites, remoción de color,
remoción de líquidos suspendidos y purgado.
 Cuando se prepara agua para calderos que operan a
menos de 150 psi, todos los tratamientos químicos
pueden ser cumplidos en un clarificador, pero a medida
que se incrementa la presión, la calidad del agua debe
ser mejorada.
 El propósito del tratamiento externo es reducir los
sólidos suspendidos, desmineralizar el agua de
alimentación y remover la sílica

Eduardo Diana
Tratamiento externo
 Coagulación con químicos
 Desmineralización/ Ósmosis inversa/
Electrodiálisis (cal fría, proceso soda,
proceso soda cal caliente, intercambio
cama mezclada)
 Remoción de sílica (coagulación con
químicos, desmineralización, ósmosis
inversa, electrodiálisis)

Eduardo Diana
Tratamiento interno
 Tratamiento químico o interno del
agua dentro de la caldera es esencial
tener en cuenta las distintas
impurezas que entran en la caldera,
tales como dureza, sólidos disueltos,
oxígeno y sílica

Eduardo Diana
Sistema de Purga
Volver
Existen dos tipos de sistemas de purga. Uno de recuperación
de purga/calor de superficie y otro de fondo. El sistema de
purga de fondo es usado para remover residuos y sedimentos
desde el fondo del caldero. Este proceso es intermitente y
depende del operador del caldero. Consiste de un tanque, y
enfriador para disminuir la temperatura del agua antes de
enviarlo al drenaje. El sistema de purga de superficie remueve
continuamente los sólidos disueltos desde el nivel superior del
agua del caldero y recupera una gran proporción del calor que
retorna, y es utilizado para precalentar el agua de
alimentación del caldero.

Eduardo Diana
Sistema de Purga
Volver

Eduardo Diana
Sistema de Purga
Volver
La purga adecuada se realiza de la siguiente forma:
1. La purga será realizada con el caldero a baja carga. Abrir
la válvula de purga, observando que la caída del nivel
de agua (en el visor) sea no más de 12 mm.
2. Luego cerrarla rápidamente asegurándose que la palanca
quede bloqueada, pero retornando levemente para aliviar
las tensiones de cierre.
3. Repetir los pasos de arriba si el caldero tiene una
segunda conexión de purga.
4. Las columnas de agua deberán ser purgadas al menos
una vez por turno, para mantenerlas limpias.
5. Tener cuidado, para impedir que el corte por bajo nivel de
agua podría afectar el proceso de carga.

Eduardo Diana
Desaereadores
Volver

Eduardo Diana
Desaereadores
Volver
Los desaereadores son usados para eliminar los gases no
condensables (O2, CO2, y otros gases) del agua de alimentación
del caldero. Esto re realiza mediante el calentamiento y agitación
agresiva de agua entrante. Este proceso reduce el contenido de
oxígeno del agua a 0.005 cm3/litro, y protege el caldero de pitting
y corrosión por oxígeno
(Mecánica y Química)
La desaereación mecánica y química es una parte integral de la
protección y control del agua en los calderos modernos. Unida a otros
aspectos del tratamiento externo, la desaereación suministra el mejor
sistema de alimentación de agua a un caldero. Para calderos
pequeños la desaereación es fundamentalmente química por razones
de economía y practicidad. En calderos más grandes (presiones
iguales o mayores a 20 kg/cm2, es necesario el desaereado mecánico
y químico.

Eduardo Diana
Retorno de Condensado
 No solo se recupera el agua, sino también los
productos químicos utilizados para tratar la misma.
 El resultado es un ahorro significativo en
agua y químicos asociados.
Volver
 Una unidad de retorno de condensado es usada para
recuperar el vapor condensado usado al caldero.
 La unidad de retorno de condensado consiste de un
tanque pequeño con bombas chicas que son
usadas como realimentación al caldero.

Eduardo Diana
Refractarios
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En un caldero el material refractario protege las superficies del metal
en los puntos críticos, tales como la puerta de fondo y el horno. Este
refractario será inspeccionado periódicamente.
Lista de posibles soluciones de mantenimiento:
1. Búsqueda de grietas o piezas rotas. Se reparan con cemento a
temperaturas elevadas.
2. Búsqueda de ladrillos refractarios faltantes o con uso excesivo
(Seguir las recomendaciones del fabricante para el curado del
refractario).

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Quemadores
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Con un quemador atmosférico, el aire se introduce en el fondo del
quemador utilizando ingreso normal. La relación combustible/aire es
determinada por la regulación de la presión de gas para la mezcla correcta.
Para quemadores con ventilación forzada inducida o modulante, la relación
de aire y combustible es controlada a través de conexiones, ventiladores,
dampers (reguladores de tiro), y mediante el incremento o la disminución
de la presión del gas. Cuando se demanda vapor al caldero, el quemador
responde introduciendo una mayor cantidad de combustible y aire de
combustión. Esto induce mayor energía al caldero.
Como regla general se puede establecer que toma alrededor de 9.5 pies
cúbicos de gas natural para que ocurra la combustión ideal. Al 10% de
exceso de aire, esta relación será de alrededor de 10.5 pies cúbicos de aire
a 1 pies cúbicos de gas natural.

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Ventiladores
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El aire y el gas además de estar en las proporciones correctas
deben también ser introducidos en el momento adecuado, para
asegurar la mezcla completa.
La presión de gas es controlada a través de un regulador de
presión y un ventilador controla el volumen del aire de combustión.
Los problemas del ventilador puede afectar seriamente la
eficiencia de la combustión.
Capacidad del ventilador presión por debajo de la normal:
1. Dampers o vanos de entrada variable no ajustados
adecuadamente.
2. Condiciones de entrada o salida de ventiladores, deterioradas.
3. Múltiples pérdidas de aire en el sistema.
4. Daño en la rueda del soplador.
5. Dirección de rotación incorrecta.

Eduardo Diana
Ventiladores
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1. Rodamientos desgastados
2. Fundación inestable
3. Materias extrañas en el ventilador, provocando desbalanceo
4. Desalineamiento de rodamiento, acoples, ruedas, correas en V
5. Daños a la rueda o al motor
6. Ejes doblados
7. Acoplamientos desgastados
8. Pérdidas de dampers o vanos de entrada variables
9. Velocidad demasiado alta o rotación incorrecta del ventilador
10. Vibración al ventilador transmitida desde otra fuente
11. Paletas dobladas o desbalanceadas
 Ventilador que vibra o hace ruido

Eduardo Diana
Ventiladores
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Rodamientos sobrecalentados:
1. Lubricación inadecuada
2. Alineación deficiente
3. Rueda o conductor dañado
4. Eje doblado
5. Extremo anormal
6. Suciedad en rodamientos
7. Inadecuada tensión de la correa

Eduardo Diana
Ventiladores
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Carga sobre el motor:
1. Velocidad demasiado elevada
2. Dirección de rotación incorrecta
3. Eje doblado
4. Alineación incorrecta (escasa)
5. Lubricación inadecuada
6. Rueda trabada

Eduardo Diana
Chimenea
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La pieza final de un caldero y una de las más críticas es la CHIMENEA.
Todos los combustibles fósiles requieren que el gas sea venteado
adecuadamente. La eficiencia del venteo afecta directamente la
eficiencia de todo el sistema del caldero.

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ASME – Certificado de Autorización
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