El documento proporciona información sobre calderas, incluyendo su definición, tipos, partes, riesgos y consideraciones de operación. Las calderas son recipientes cerrados diseñados para generar vapor o agua caliente a alta temperatura y presión. Existen diferentes tipos como calderas de tubos de humo y agua, pirotubulares y acuotubulares. Las calderas presentan riesgos como explosiones si la presión o temperatura superan los límites de diseño o por niveles bajos de agua. Un buen mant

1. Calderas
Riesgos en Procesos Productivos I
Técnico Universitario en Prevención de Riesgos

2. Generalidades
Las calderas, en sus opciones de vapor y agua
caliente, están ampliamente extendidas, tanto
para uso industrial como no industrial,
encontrándose en cometidos tales como,
generación de electricidad, procesos químicos,
calefacción, agua caliente sanitaria, etc.

3. Definición
Es un recipiente metálico, cerrado, destinado a
producir vapor o calentar agua, a una temperatura
superior a la del ambiente y presión mayor que la
atmosférica.
Usualmente generan vapor saturado. Este vapor
se produce a través de una transferencia de calor
a presión constante, en la cual el fluido se calienta
y cambia de estado.

4. Definición
Las calderas son un caso particular
en el que se eleva a altas
temperaturas de intercambiadores
de calor, en las cuales se produce
un cambio de fase.
Además son recipientes a presión,
por lo cual son construidas en parte
con acero laminado a semejanza
de muchos contenedores de gas.

5. Definición
La caldera de vapor más elemental es la conocida
olla a presión.
En esencia una caldera es un recipiente cerrado,
lleno parcialmente de agua a la que se le aplica
calor procedente de alguna fuente.
Hay muchos tipos de calderas, de acuerdo a las
temperaturas y presiones finales, tipo de energía
calorífica disponible y volumen de producción de
vapor.

6. Aplicaciones
Esterilización. Es común encontrar calderas en los
hospitales, las que generan vapor para esterilizar los
instrumentos médicos; en los comedores con capacidad
industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos así
como para la elaboración de alimentos en marmitas.
Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera
se calienta a los petróleos pesados para mejorar su fluidez
y el vapor es muy utilizado.
Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. Las
calderas son parte fundamental de las centrales
termoeléctricas.

7. Aplicaciones
En una planta industrial no es extraño que las calderas
industriales sirvan para muchas aplicaciones; por ejemplo,
en un molino de pulpa de papel, el calentador de
recuperación química se emplea para convertir el licor
negro en sustancias químicas útiles y de esta manera
generar vapor para el proceso.
En la misma planta una unidad de combustión de corteza
recupera calor del material de desperdicio y genera también
energía.
Las calderas industriales queman petróleo, gas, carbón y
una amplia variedad de productos y/ó subproductos.

8. Historia
Hasta principios del siglo XIX se usaron calderas para teñir
ropas, producir vapor para limpieza, etc., hasta que Dionisio
Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita".
De su creación surgió el concepto de “caballo de fuerza” (HP).
Es la potencia necesaria para elevar verticalmente a la
velocidad de 100 pie/min un peso de 330 libras.
La medida la propuso James Watt (1782) para expresar la
potencia que podía desarrollar la novedosa, en su época,
máquina de vapor con referencia a la potencia que
desarrollaban los caballos. Los caballos eran la natural fuente
de potencia que se usaban ampliamente muchas aplicaciones.

9. Vapor vs. Gas
El término vapor se refiere estrictamente a aquel
gas que se puede condensar por presurización
a temperatura constante o por enfriamiento a
presión constante.
Normalmente la palabra vapor suele referirse al
vapor de agua.

10. Generación de Vapor
A presión atmosférica normal,
el agua tiene un punto de
ebullición a 100ºC.
A mayor presión el punto de
ebullición se incrementa,
hasta alcanzar un máximo
punto de ebullición a 374°C a
una presión de 3200 psi
(220,63 bar). Por encima de
esta temperatura el agua no
existe como líquido.

11. Procesos físicos de generación de vapor
Calor
Presión
Temperatura

12. Tipos de vapor
Saturado: es vapor a la temperatura de ebullición del
líquido. Es el vapor que se desprende cuando el
liquido hierve.
Sobrecalentado: es vapor de agua a una temperatura
mayor que la del punto de ebullición. Parte del vapor
saturado y se le somete a un recalentamiento con el
que alcanza mayor temperatura.
Se utiliza para mover máquinas (de pistones y
turbinas).

13. Clasificación
Posición
Instalación / Uso
Horizontales.
Verticales.
Fijas.
Semifijas.
Móviles.

14. Circulación de gases
Volumen de agua
Tipos de combustible
De un paso.
De dos pasos.
De tres pasos.
De cuatro pasos.
De gran volumen.
De mediano volumen.
De pequeño volumen.
Combustible sólido.
Combustible líquido.
Combustible gaseoso.
Combustible mixto

15. Presión
Formas de calefacción
De alta presión
De mediana presión
De baja presión
Tubos de humo
Tubos de agua
Combinadas o mixtas

16. Combustión
Reacción [combustible - comburente] calor a un nivel térmico
aprovechable.
El quemador es el encargado de que la mezcla sea la apropiada.
La cantidad de calor por unidad de masa que desprende un
combustible al quemarse es el Poder Calorífico (kJ/kg).
PCI (el vapor de agua de los humos no condensa).
PCS (se condensa el vapor de agua de los humos).
Los elementos básicos que reaccionan son:
El oxígeno del aire como comburente (aprox. 1m3
por kWh)
El carbono y el hidrógeno del combustible
Otros elementos (azufre), e inertes (cenizas)

17. Partes principales de una caldera
Hogar o fogón
Puerta de hogar
Parrillas
Cenicero
Puerta del cenicero
En general los tubos son la parte principal de la caldera, y
dos o tres accesorios llamados colectores, en donde se
ubican las válvulas de seguridad, termómetros, tomas de
vapor, entrada de agua, etc.

18. Altar
Conductos de humo
Caja de humo
Chimenea
Regulador de tiro
Puerta de explosión
Cámara de agua
Cámara de vapor
Cámara de alimentación de agua

19. Accesorios de Generación de Vapor
Válvulas de seguridad
Están diseñadas para liberar fluido cuando la
presión interna supera el umbral establecido. Su
misión es evitar una explosión, el fallo de un
equipo o tubería por un exceso de presión.

20. Manómetro
Elemento de medición de presión.

21. Quemadores

22. Condensador
El condensador es esencialmente un recipiente en el
que se mantiene por medio de una corriente de agua,
una temperatura inferior a la de tensión del vapor que
sale de la máquina, el cual al llegar a él se condensa.

25. Equipos

26. Tipos de Calderas
Aunque existen numerosos diseños y patentes
de fabricación de calderas, cada una de las
cuales puede tener características propias, las
calderas se pueden clasificar en dos grandes
grupos; calderas pirotubulares y acuotubulares.

27. Calderas Pirotubulares
Caldera de tipo Paquete
Se denominan
pirotubulares por ser los
gases calientes
procedentes de la
combustión de un
combustible, los que
circulan por el interior de
tubos cuyo exterior está
bañado por el agua de
la caldera.

30. Calderas de Tubos de Humo y Agua
Están compuestas de un cilindro mayor con un
hogar cilíndrico y tubos de humo, de agua o de
ambos a la vez. El hogar es interior y queda
rodeado de una parte de la cámara de agua. Los
gases ascienden verticalmente a lo largo de los
tubos de humo o rodean los tubos de agua,
entregándoles la mayor parte de su calor. Son
montados sobre una base de concreto y ladrillos
refractarios.
Son empleados en la pequeña industria.

31. Características
Son de fácil construcción.
Ocupan reducido espacio y son fáciles de ubicar.
Rendimiento bajo por combustión deficiente y
escape caliente de humos.
Destrucción rápida de los tubos al nivel del agua
por el recalentamiento de ellos.
Son peligrosas en caso de explosión.

32. Calderas Acuotubulares
Caldera Steinmüller
En estas calderas, al
contrario de lo que ocurre
en las pirotubulares, es el
agua el que circula por el
interior de tubos que
conforman un circuito
cerrado a través del
calderín que constituye la
superficie de intercambio
de calor de la caldera.

35. Calderas de Recuperación
Calderas acuotubulares utilizadas en plantas de
pulpa y papel (celulosas).
Generan vapor al quemar el licor negro del
proceso de pulpaje.
Recuperación química.
Eficiencia energética.
Reducción de insumos.

36. Ventajas
La Caldera de tubos de agua tiene la ventaja de poder trabajar a
altas presiones dependiendo del diseño hasta 350 psi.
Se fabrican en capacidades de 20 HP hasta 2,000 HP.
Por su fabricación de tubos de agua es una caldera
“INEXPLOSIBLE”.
La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de
humo, ya que se fabrican de 3, 4 y 6 pasos, dependiendo de la
capacidad.
El tiempo de arranque para producción de vapor a su presión de
trabajo no excede los 20 minutos.
Los equipos son fabricados con materiales que cumplen con los
requerimientos de normas.

37. Ventajas
Son equipos tipo paquete, con todos sus sistemas para su operación
automática.
Son utilizados quemadores ecológicos para petróleo, gas y diesel.
Sistemas de modulación automática para control de admisión aire-
combustible a presión.
El vapor que produce una caldera de tubos de agua es un vapor
seco, por lo que en los sistemas de transmisión de calor existe un
mayor aprovechamiento. El vapor húmedo producido por una caldera
de tubos de humo contiene un porcentaje muy alto de agua, lo cual
actúa en las paredes de los sistemas de transmisión como aislante,
aumentando el consumo de vapor hasta en un 20%.

38. Caldera de doble Entrada

39. Caldera Vertical

40. Caldera Horizontal

41. Regulación en Chile
Decreto Supremo N°48.
Febrero de 1984.
Establece las condiciones generales de
construcción, instalación, mantención, operación
y seguridad que deberán reunir todas las calderas
en que se generen fluidos a temperaturas y
presiones superiores a la atmosférica, ya sean
móviles o estacionarias.
www.prevencionchile.cl

42. Consideraciones de Operación.
El agua de alimentación de las calderas debe ser
bien tratada; de lo contrario, pudiera causar los
siguientes problemas:
Formación de costra
Corrosión
Formación de burbujas de aire
Adherencia del vapor al cilindro.

43. Riesgos en Calderas
La operación con Calderas, presenta muchos riesgos para
los trabajadores, siendo los principales:
Explosión
Quemaduras
Caídas de distinto nivel
Atrapamientos
Golpes

44. Estadísticas de Incidentes
Causa del Accidente Número de
Accidentes
Porcentaje
Bajo Nivel de Agua 359 49,0%
Error en la operación o
Mantención deficiente
262 35,7%
Diseño o fabricación deficiente 54 7,3%
Controles límite 17 2,3%
Falla en quemadores 16 2,2%
Desconocido / Bajo
investigación
16 2,2%
Fuente: National Board de USA.

45. Explosiones
Explosiones físicas por rotura de las partes a
presión: Se produce por la vaporización
instantánea y la expansión brusca del agua
contenida en la caldera, como efecto de la
rotura producida en un elemento sometido a
presión.
Explosión química en el hogar: Se produce por
la combustión instantánea de los vapores del
combustible acumulados en el hogar o por la
reacción del agua con sales fundidas.

48. Factores de Riesgo
Una presión superior a la de diseño puede provocar una rotura de
las partes a presión.
Control de manómetros y uso de presostatos (que paran la
aportación calorífica) y válvulas de seguridad (para liberar vapor).
Una temperatura superior a la de diseño también puede provocar
una explosión, por la rotura de partes de la caldera que están a
presión.
La falta de agua, la alta temperatura del fluido, incrustaciones
internas, etc.; pueden aumentar la temperatura.
Por una disminución del espesor de las partes sometidas a presión
puede provocar una rotura de las mismas. Esta disminución puede
ser causada por la corrosión y/o la erosión.

49. Riesgos en Calderas
Para poder ser utilizadas, deben reunir características técnicas y de
seguridad requeridas en las disposiciones legales, lo que permitirá su
homologación, con la acreditación y sellado pertinente.
Al margen de las características constructivas de los equipos, los
usuarios de los aparatos a presión deberán llevar un libro registro,
visado y sellado por la correspondiente autoridad competente,
indicándose en el mismo: características, procedencia, suministrador,
instalador, fecha en la que se autorizó la instalación y fecha de la
primera prueba y de las pruebas periódicas, así como las inspecciones
no oficiales y reparaciones efectuadas con detalle de las mismas.

50. Riesgos en Calderas
Los operadores encargados de vigilar, supervisar, conducir y
mantener los aparatos a presión deben estar adecuadamente
instruidos en el manejo de los equipos y ser conscientes de los
riesgos que puede ocasionar una falsa maniobra o un mal
mantenimiento. La Reglamentación de aparatos a presión exige que
los operadores dispongan de acreditación que garantice un
adecuado nivel de conocimientos.
El Reglamento de aparatos a presión determina, para cada aparato,
las prescripciones de seguridad que deberán cumplir, así como las
características de los emplazamientos o salas donde estén
instalados, en función de su categoría.

51. La investigación reveló que el
equipo de arranque encontró
tiempo atrás algunas dificultades
para encender la
caldera con LPG.
Para solucionar el problema, los
operadores idearon un método
manual temporal de bypass.
Ejemplo:
9 de diciembre de 2000, cerca
de las 2:30 am, tres operarios
intentaban reiniciar la caldera
cuando ocurrió una explosión
dentro del horno de la caldera.
2 MUERTOS.

52. Controles
Control del quemador, encendido y/o llama.
Control de la bomba y el ventilador: el paro de la bomba implica
calentamiento; el del ventilador puede llevar a que los gases no se
evacuen, lo que supondrá una temperatura excesiva y dificultad en la
combustión.
Control de nivel de agua en el interior de la caldera, (Alta T° y ptos
calientes).
Control de combustión por un analizador de gases
Control de temperatura de los humos;
Talta = pérdidas en los humos; Tbaja = riesgo de condensación
Control de T en la caldera; los ptos calientes acortan la vida
Control de condensados, si se producen, hay que neutralizarlos y
evacuarlos.