Este documento describe los diferentes tipos de calderas industriales, sus componentes y cómo funcionan. Explica que las calderas utilizan el agua como medio de transferencia de calor, convirtiendo el agua en vapor mediante la combustión. También destaca la importancia del tratamiento del agua y el mantenimiento preventivo de las calderas para evitar problemas como la incrustación y corrosión.

1. MAQUINAS Y MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

2. La primera mención de la idea de utilizar
vapor para obtener energía aparece en La
neumática, del inventor y matemático griego
Herón de Alejandría, en el siglo I. Allí
describió su eolípila, una turbina de vapor
que consistía en una caldera conectada
mediante dos tubos a los polos de una esfera
hueca que podía girar libremente. La esfera
estaba equipada con dos boquillas biseladas
por donde salía vapor que producía la
rotación de la esfera.

3.  De manera elemental una caldera se puede
definir como un recipiente cerrado en el cual
el agua se evapora en forma continua por la
aplicación de calor por medio de gases.

4. Cuando se selecciona una caldera se deben considerar
los siguientes parámetros:
 Cantidad de vapor requerida.
 Presión, temperatura, calidad del vapor requerido.
 Futuros requerimientos.
 Localización de la unidad.
 Características de la carga.
 Tipos de combustibles disponibles.
 Diseño de quemadores.
 Calidad del agua de alimentación.
 Variaciones previstas de la carga.

5.  Caldera Acuotubular: Es una caja cuyas paredes
son tubos a través de los cuales fluye el agua, el
combustible es usualmente quemado en el hogar y
el calor producido por esta combustión es
transferido al agua que circula por los tubos
convirtiéndose esta en vapor.
 Caldera Pirotubular: Es un cilindro lleno de agua
con tubos a través de la misma, en el cual el
combustible es quemado en uno de los extremos
del cilindro y los gases calientes productos de la
combustión pasan a través de los tubos hasta el
otro extremo.

6.  TAMBOR DE VAPOR: Es el lugar donde el agua y el
vapor se separan.
 CAJA DE SECADO: Es un compartimiento interno
para colectar el vapor seco y distribuirlo a los
tubos de salida al supercalentador.
 VENTILADOR: Son los encargados de suministrar el
aire para la combustión y forzado la salida de los
gases desde el hogar hacia la chimenea.
 PRECALENTADOR DE AIRE: Es un intercambiador
generalmente con vapor de baja presión que se
condensa y retorna al sistema como agua de
alimentación.

7.  CALENTADOR DE AIRE: En esta parte se termina de
darle temperatura al aire que va para la
combustión intercambiando temperatura con los
gases que vienen de la combustión.
 CAJA DE AIRE: Es la parte por donde se conduce el
aire que va del ventilador hacia los quemadores.
 HOGAR DE LA CALDERA: Esta constituido por una
serie de tubos que forman las llamadas paredes de
agua que le dan la forma y encierran la zona
radiante de la caldera pues allí el calor es
transmitido principalmente por radiación.

9.  QUEMADORES: Son los elementos de la caldera encargados de
suministrar y acondicionar el combustible para mezclarlo con
el aire y obtener una buena combustión.
 TUBOS DESCENDENTES: Los que bajan el agua más densa del
tambor de vapor al tambor de lodos.
 TUBOS ASCENDENTES: Son los tubos por donde sube el agua
que a perdido densidad y va al tambor de vapor.
 SUPER CALENTADOR: Es un equipo que ofrece una superficie
de absorción de calor por medio de la cual se eleva la
temperatura del vapor por encima de su punto de saturación.
Entre las principales razones para realizar este trabajo
tenemos:
 Se aumenta la eficiencia total de la unidad.
 Se aumenta la ganancia termodinámica del vapor.
 Se obtiene un vapor mas seco.

10.  1. Válvulas de seguridad.
 2. Válvulas de aguja o de purga.
 3. Válvulas de control.
 4. Válvulas de corte.
 5. Indicadores de temperatura.
 6. Indicadores de presión.
 7. Transmisores de flujo.
 8. Transmisores de nivel.
 9. Analizador de oxigeno.
 10. Foto celdas.
 11. Magnetrol. (cortes/switch)
 12. Mirillas.
 13. Indicadores de nivel.

11. Se clasifican según diversos criterios, relacionados
con la disposición de los fluidos y su circulación, el
mecanismo de transmisión de calor dominante,
aspectos estructurales, modo de intercambio de
calor, la forma del quemado del combustible,
forma de alimentación del agua y otros muchos
factores.

12. a) Por la disposición de los fluidos
De tubos de agua (Acuotubulares)
De tubos de humo (Pirotubulares)
b) Por la posición del tambor o hervidor
Verticales
Horizontales
c) Por la posición de los tubos
Verticales
Horizontales
Inclinados
d) Por el número de pasos
Un paso
Dos pasos
Tres o más pasos

13. e) Por la circulación del agua
De circulación natural
De circulación asistida
De circulación forzada
f) Por el mecanismo de transmisión de calor dominante
De convección
De radiación
De radiación y convección
g) Por el combustible empleado
De carbón (de parrilla mecánica o de carbón pulverizado)
De combustibles líquidos
De combustibles gaseosos
De combustibles especiales (Bagazo, etc.)
Nucleares (uranio natural, enriquecido, etc.)

15. Es importante hablar de los dos flujos que
tienen lugar en las calderas para comprender
su funcionamiento.
 Flujo agua - vapor – condensado
El agua previamente tratada que se alimenta a la
caldera, es calentada hasta que
se transforma en vapor por el calor recibido, éste
vapor se lo transporta hasta los puntos
de consumo donde pierden su calor de condensación
y cambian a fase líquida.

16.  Flujo combustible/gases de la combustión
El combustible es preparado según su naturaleza
para que correctamente atomizado, se mezcle con el
comburente (aire por lo general) y se queme
lográndose la presencia de llama producida por la
combustión. La energía química se transforma en
energía calórica, que contenida en los gases
resultados de la combustión, es transferida
y aprovechada para calentar el agua en la caldera.

17.  AGUA PARA CALDERAS
En relación a tratamientos de agua para calderas, se
va a estudiar la utilización de compuestos
inorgánicos tales como: fosfatos, sulfitos, aminas,
etc., sin embargo todos estos compuestos se
comportan exclusivamente como preventivos, esto
significa que cuando una caldera ya se encuentra
incrustada, estos productos evitarán que dicha
incrustación continúe creciendo, pero la incrustación
formada no sufrirá disminución.

18.  El agua de alimentación de las calderas
Las aguas que se emplean para la alimentación de
las calderas arrastran, por lo general, materias
sólidas en suspensión, como arena, arcilla, etc., y
llevan disueltas diversas sales que por la acción del
calor, precipitan.
 Dureza del agua
Un agua puede contener mucha cantidad de
sustancias disueltas y sin embargo
no ser dura. La dureza de las aguas se debe a las
sales calcicas o magnésicas que contiene en
disolución (dureza total).

19.  Lodos e incrustaciones
Tanto las materias en suspensión en el agua como la
precipitación de sales, da lugar a la formación de
depósitos en las paredes de las calderas, que pueden
ser pulverulentos y poco adherentes y, por tanto,
fáciles de quitar, o sumamente adherentes, hasta el
punto de que no se separan si no se recurre al
escoplo y cortafríos. Los primerosconocidos con el
nombre de lodos, y de incrustaciones los segundos.

20.  Principales fallo causado por incrustaciones
Los graves inconvenientes que la formación de estos
depósitos tienen para el buen funcionamiento y
conservación de las calderas; es el hecho de que una
capa de sulfato calcico opone al paso del calor la
misma resistencia que una plancha de fundición de
espesor veinte veces mayor.

21.  Corrosión
Algunas sales resultan perjudiciales aun cuando su
presencia, en el agua sea muy pequeña. Entre ellas se
encuentra el Cl2Mg(Cloruro de magnesion), el
S04Mg(Sulfato Magnesico), el (NO3)2Mg(Nitrato de
Magnesio) y el Cl2Ca(Cloruro de Calcio); todas sales
inestables en las condiciones reinantes en las calderas y
que al descomponerse, producen ácidos libres.
Las corrosiones pueden ser interiores y exteriores; unas y
otras, disminuyen el
espesor de la plancha que constituye las paredes de la
caldera y contribuyen a reducir su
resistencia.

22.  CALDERAS PIROTUBULARES HORIZONTALES
Ventajas:
 Más económicos que los acuotubulares.
 Se construyen para bajos y altos flujos de vapor.
 No requiere de costosos tratamientos en el agua de
alimentación.
 Altas eficiencias de funcionamiento
 Facilidad en el mantenimiento del equipo

23. Desventajas:
 No son adecuados para presiones elevadas.
 Ocupa espacios grandes para instalación.
 Son más pesados que los acuotubulares.
 Tiempos elevados para producción de vapor.

24.  CALDERAS PIROTUBULARES VERTICALES
Ventajas:
 Más económicos que los horizontales.
 No requiere de costosos tratamientos en el agua de
alimentación.
 Ocupan espacios pequeños.
 Su peso es muy reducido
 Rapidez en producción de vapor.

25. Desventajas:
 Se construyen para bajos flujos de vapor.
 No son adecuados para presiones elevadas.
 Bajas eficiencias de funcionamiento (ya que los
humos tienen corto recorrido).
 Mantenimiento con ciertas complicaciones.

26.  Importancia del mantenimiento preventivo para
calderas
La importancia del mantenimiento preventivo, radica
en que un programa de mantenimiento bien
planeado evita interrupciones innecesarias o
reparaciones costosas.

29. El agua se encuentra en la naturaleza y va
acompañada de diversas sales y gases en disolución.
Según los elementos que la acompañan, podríamos
considerar las mismas en dos
grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos
en Suspensión", esto lo constituyen
los minerales finamente divididos, como las arcillas y
los restos de organismos vegetales o animales; y la
cantidad de sustancias suspendidas, que son mayor
en aguas turbulentas que en aguas quietas y de
poco movimiento.


30. Problemas derivados de la utilización del agua en
calderas
Los problemas mas frecuentes presentados
en calderas pueden dividirse en dos grandes grupos:
Problemas de corrosión
Problemas de incrustación
Aunque menos frecuente, suelen presentarse
ocasionalmente:
Problemas de ensuciamiento y/o contaminación.