1. El documento describe los principios y procedimientos de mantenimiento preventivo y predictivo para plantas de vapor, incluyendo calderas y sistemas de vapor, con el objetivo de lograr un funcionamiento uniforme y de alto rendimiento. 2. Explica las partes principales de las calderas y las instalaciones de vapor, y detalla los procedimientos de mantenimiento para equipos mecánicos, elementos de control, tuberías de vapor y accesorios. 3. Incluye un cuadro de fallas frecuentes y posibles causas

1. 1
RESUMEN
Una caldera de vapor es un equipo térmico cuya función es aprovechar la
energía calorífica de un combustible, para generar vapor de agua, en diferentes
condiciones utilizables en procesos industriales.
Una planta de vapor, dada su complejidad y la gran precisión y confiabilidad
con que debe ejecutar su función, requiere de un tipo de mantenimiento
especializado y de alta eficiencia. Es también considerable el factor de seguridad
con que se debe actuar en una planta de vapor por los riesgos que implica el
manipuleo del vapor a altas presiones y temperaturas.
En el presente trabajo, esbozamos los principios más importantes que se
deben incluir en un plan de mantenimiento preventivo y predictivo, los mismos que
nos deben asegurar un funcionamiento uniforme y de alto rendimiento.
Explicamos la estructura y el funcionamiento de las partes más importantes
de la caldera y de las instalaciones de vapor. Siendo el aspecto medular del trabajo,
el proceso de mantenimiento, detallamos estos procedimientos tanto para los
equipos mecánicos como para los elementos de control, tuberías de vapor y
accesorios. También hemos incluido un cuadro de fallas frecuentes y otros que se
pueden presentar esporádicamente, con su diagnóstico, sus posibles causas y con
las acciones correctivas que se deben tomar. Este cuadro de fallas también nos sirve
para tomar acciones preventivas que eviten que las fallas puedan ocurrir, eliminando
fallas potenciales.

2. 2
En el presente trabajo llegamos a conclusiones concretas que nos permitirán
mejorar el rendimiento de las plantas de vapor y tener un considerable ahorro de
energía en los procesos industriales.
Esperamos que nuestro modesto trabajo aporte algunos conceptos
importantes para la ejecución de un buen plan de mantenimiento, prácticas
eficientes de operación de las calderas y sistemas de vapor y también nos incentive
a investigar más en este amplio campo de la termo energía.

3. 3
I. INTRODUCCIÓN
El campo de la aplicación de la energía térmica en la producción industrial es un
factor totalmente preponderante en los costos de operación y como tal puede decidir
la viabilidad técnico – económica de una actividad empresarial. Dentro de este
campo de aplicación energético, desempeñan un papel preponderante las plantas de
vapor, con las calderas y los sistemas de transporte de vapor.
En este contexto, la expectativa de este sencillo trabajo es analizar las pautas
fundamentales para la correcta operación de los procesos en una planta de vapor,
optimizando la eficiencia, proponer acciones que determinen el ahorro de energía.
En consecuencia a lo expresado, el mantenimiento idóneo de los elementos de
una planta de vapor, es un factor muy importante para la consecución de estos
logros. Es indiscutible, dentro de la actividad industrial actual, que sin el debido
mantenimiento no se puede pretender la eficiencia en ningún proceso industrial.
Tratándose de calderas y elementos de vapor, equipos de que trabajan con muchas
variables y que su manipuleo conlleva un alto riesgo para el personal y para la
infraestructura cuando no se obedecen estrictamente algunas reglas establecidas,
las acciones de mantenimiento se hacen doblemente importantes.
El personal técnico que opera los sistemas de vapor, así como los ingenieros que
se desenvuelven en este sector, requieren de capacitación y entrenamiento
permanentes, en función a los avances de la tecnología energética. La operación y
mantenimiento de las plantas de vapor, requiere de conocimientos que van más allá
de las reglas de un manual. Por su naturaleza, en este campo también necesitamos

4. 4
conocimientos de materiales metálicos como los aceros en sus diversas
presentaciones, llámese planchas, tuberías, perfiles estructurales etc. Son también
importantes los conocimientos enel campo de la tecnología de la soldadura, de la
resistencia de materiales sometidos a altas presiones, ensamblaje de equipos de
transporte de fluidos y muchos otros temas que van enlazados.
El mantenimiento de estos equipos tan especializados deberá ejecutarse con
métodos reconocidos por las instituciones internacionales normalizadoras, siguiendo
secuencias previamente programadas, donde cobra especial importancia el
mantenimiento preventivo planificado a largo plazo.
Por estas razones, intentamos proponer acciones de mantenimiento preventivo y
predictivo, además de las todavía necesarias actividades de mantenimiento
correctivo, que posibiliten la operación de una planta de vapor con la máxima
eficiencia, disminuyendo drásticamente las pérdidas y paralizaciones intempestivas y
generando un considerable ahorro de energía, acciones que sumadas pueden
incrementar la productividad.

5. 5
II. MARCO TEÓRICO
El tema, materia de la presente investigación, es fundamental en el desarrollo
de diversas actividades industriales y de servicios de nuestro país, por tratarse de
un equipo básico para el funcionamiento de muchas plantas industriales y también
de actividades de servicio relacionadas a la hotelería y centros de esparcimiento,
ligados estrechamente al sector turismo. Presenta aún muchos aspectos que
requieren de mayor estudio con la posibilidad de perfeccionarlo y optimizar su
funcionamiento.
Se dispone de buenainformación referente a su diseño, operación y
mantenimiento, pero falta sistematizar esta información y hacerlo más asequible al
personal técnico encargado de su operación y mantenimiento. Citaremos algunos
conceptos fundamentales que nos servirán de marco teórico:
La seguridad, es siempre un tema de gran importancia en la operación de los
calderos porque se trabaja con presiones considerables que pueden representar
peligro para los trabajadores y la infraestructura. Al respecto podemos ver las
siguientes apreciaciones: “Los trabajadores que usan y hacen el mantenimiento a
calderas saben que éstas son potencialmente peligrosas. Las calderas son
recipientes cerrados con quemadores de gas o electricidad que calientan agua u
otros líquidos para generar vapor. El vapor está a presión y sobrecalentado, y se usa
para generar electricidad, para calefacción o para otros propósitos industriales.
Aunque las calderas normalmente están equipadas con una válvula de alivio de
presión, si la caldera no puede resistir la presión, la energía que contiene el vapor se

6. 6
libera instantáneamente. Esta combinación de metal explotando y vapor
sobrecalentado puede ser extremadamente peligrosa”.
“Sólo trabajadores autorizados y debidamente capacitados deben operar las
calderas. Los trabajadores deben conocer bien el manual de operación y las
instrucciones del fabricante de la caldera. Los operadores de calderas deben
inspeccionar las calderas con frecuencia en búsqueda de fugas, combustión
correcta, funcionamiento de los dispositivos de seguridad e indicadores, así como
otras funciones. Muchas calderas viejas, así como las tuberías de vapor o agua
caliente pueden tener recubrimientos aisladores, enrollados o forros de asbesto. Los
trabajadores deben inspeccionar esas áreas periódicamente para asegurarse de que
los materiales no estén dañados, que no se estén descascarando y que no estén
deteriorados. Deben reportarse la existencia de materiales dañados y deben
repararse o eliminarse de inmediato por un contratista certificado para trabajos en
asbesto. Indicios de superficies rajadas, prominencias, corrosión u otras
deformidades deben ser reparados de inmediato por un técnico autorizado. Los
registros detallados de la operación y el mantenimiento de la caldera pueden ayudar
a asegurar su seguridad”.
“Las calderas deben siempre conectarse lentamente, y nunca se debe inyectar
agua fría a un sistema caliente. Cambios súbitos de temperatura pueden torcer o
quebrar la caldera. Debido a que muchas calderas queman gas natural, combustible
diesel o petróleo, es necesario tomar precauciones especiales. Los operadores de
calderas deben asegurar que el sistema de combustible, incluyendo las válvulas,
tuberías y tanques, estén funcionando correctamente y sin fugas. Para prevenir

7. 7
explosiones en la caldera, es imperativo que los operadores purguen la caldera
antes de encender el quemador. Los trabajadores deben verificar la relación de aire
a combustible, la condición del tiro y la llama para asegurarse de que ésta no sea
demasiado alta ni que eche humo. Los sistemas de ventilación también deben
inspeccionarse y mantenerse para asegurar que los gases producto de la
combustión no se acumulen en la sala de calderas”.
“El área que rodea a la caldera debe mantenerse libre de polvo y desperdicios,
y no se deben almacenar materiales combustibles cerca de ninguna caldera. Los
pisos a menudo son de concreto sellado y pueden ser muy resbalosos cuando están
mojados. Los derrames deben trapearse o limpiarse de inmediato. Asegúrese de que
haya suficiente iluminación y que cualquier lámpara defectuosa se repare de
inmediato. Debido a que las calderas tienen superficies calientes, debe haber
suficiente espacio a su alrededor para que los trabajadores puedan moverse en la
sala de calderas. Las salas de calderas pueden ser ruidosas, por lo tanto el área
debe estar identificada como tal y los trabajadores deben usar protectores para los
oídos cuando trabajen dentro de la sala de calderas”.
“Se les permitirá únicamente a los técnicos autorizados hacer reparaciones en
las calderas. El personal de reparación debe usar equipos de protección personal,
tales como cascos, guantes para trabajo pesado, protección para los ojos y overoles.
Cuando entren en una caldera para efectuar reparaciones o tareas de
mantenimiento, los trabajadores de reparación de calderas deben tratarla como un
espacio cerrado que requiere permisos. Cuando se para una caldera para
reparaciones, todas las fuentes de energía deben desconectarse usando

8. 8
procedimientos de bloqueo (Lock-out/Tag-out), y los residuos de presión en tuberías
de vapor, agua y combustible deben aliviarse siguiendo los procedimientos correctos
de vaciado y bloqueo, o taponamiento”.1
Respecto a la limpieza de todas las partes del caldero como práctica
fundamental del caldero podemos ver lo siguiente:” El sistema debe limpiarse con
cuidado antes de que la caldera se conecte al sistema. Muchas calderas limpias se
han arruinado con los contaminantes del sistema, como selladores de tubería, aceite
de corte y rebabas o virutas de metal. Muchos contratistas utilizan una caldera nueva
para calentar y curar un edificio en construcción. Se debe tener especial cuidado
para que durante este uso inicial de la caldera el contratista proporcione adecuado
tratamiento del agua. Los propietarios pueden recibir una caldera dañada o-
incrustada por el mal uso que le dio el contratista. Además, conforme nuevas zonas
entran en el sistema, se requiere la limpieza de ellas para evitar daño a la caldera.
Se debe utilizar solamente una caldera para llevar a ebullición un sistema.
“La limpieza mejora un sistema de calefacción de vapor o de agua caliente.
Una fase importante al terminar la instalación de calderas se descuida con frecuen-
cia en las especificaciones. Usualmente no se hace ninguna previsión para limpiar el
sistema. Algunas veces se drena para efectuar cambios o ajustes, pero nunca se
limpia en realidad. El arquitecto, ingeniero o contratista, selecciona las calderas para
diversas instalaciones y la selección puede representar el mejor sistema; pero
siempre será mejor si es un sistema limpio”.
1
Lawrence Kohan, Anthony. Manual de Calderas, Principios Operativos de Mantenimiento, Construcción e
Instalación. 3ra edición, Editorial Mac Graw Hill, Madrid 2002. Pag. 204.

9. 9
“Cómo saber si un sistema necesita limpieza. Hay síntomas definidos de un sis-
tema sucio. A continuación se presenta una lista típica de puntos por verificar. Si
cualquiera de los puntos es positivo, el sistema necesita limpieza:
“Agua obviamente sucia, oscura o con coloración.
Gases expulsados por los respiraderos en los puntos altos en el área de calefacción
que se encienden y arden con una llama azulada casi invisible.
Una prueba de alcalinidad de pH que da una lectura de prueba de pH por debajo de
7. (Un pH inferior de 7 indica que el agua en el sistema es ácida)”.
“Sin importar lo cuidadosamente que se haya instalado un sistema, ciertos
materiales extraños entran al sistema accidentalmente durante la construcción, por
ejemplo, sellador de tuberías, aceite para cortar cuerdas, fundente de soldadura,
preventivos contra la corrosión, compuestos contra herrumbre, arena gruesa, escoria
de soldadura y suciedad, y arena o arcilla del sitio de trabajo. Por fortuna, las
cantidades de estas materias suelen ser pequeñas y no causan dificultades. Sin
embargo, en algunos casos pueden ser cantidades suficientes para descomponerse
químicamente durante la operación del sistema y causar la formación de gas y
acidez en el sistema de agua. En la mayor parte de los casos los sistemas' de -agua
caliente;-- operan naturalmente con un pH de 7 o más alto. La condición del agua
puede probarse rápidamente con papel Hydrión, que se utiliza de la misma forma
que el papel tornasol excepto que proporciona lecturas específicas de pH. Una tabla
de colores en el lado del pequeño paquete de Hydrión da las lecturas en unidades
de pH. El papel Hydrión es barato y se obtiene fácilmente a través de los canales
adecuados de mayoreo y menudeo”.

10. 10
“Un sistema cuya prueba indica ácido (por debajo de 7 en la escala, algunas
veces tan bajo como 4) tendrá usualmente los siguientes síntomas:
 Formación de gas (problema de aire).
 Problemas en sellos y prensaestopas de la bomba.
 Pegamiento fuga en el respiradero
 Operación frecuente de las válvulas de alivio.
 Fugas en las juntas de la tubería.
“Una vez que ésta condición existe, los síntomas continuarán hasta que la
situación se corrija mediante la limpieza del sistema. Muchas veces, debido a la
formación de gas, se agregan respiraderos automáticos en todo el sistema para
intentar poner remedio. El uso excesivo de respiraderos automáticos puede invalidar
la función del sistema de eliminación de aire, ya que las pequeñas cantidades de
aire que entran deben devolverse al tanque de expansión para mantener el balance
entre el colchón de aire y el volumen de agua”.
“Si se permite que un sistema se deteriore con las fugas resultantes y con
crecientes pérdidas de agua, pueden ocurrir serios daños en la caldera. Por lo tanto,
la principal consideración es mantener un sistema cerrado que esté limpio, neutro y
hermético al agua”.
“Cómo limpiar un sistema de calefacción. La limpieza de un sistema (ya sea con
tubería de acero o de cobre) no es difícil ni cara. Los materiales para la limpieza se
encuentran fácilmente en el mercado. Los materiales más comúnmente utilizados

11. 11
para la limpieza son fosfato trisódico, carbonato de sodio o hidróxido de sodio (lejía),
que se venden en las tiendas de pinturas y ferretería”.
“La preferencia es según el orden en que se han nombrado, y las sustancias
deben utilizarse en las proporciones citadas; es posible utilizar una solución de un
solo tipo en el sistema.
Fosfato trisódico, 1 libra por cada 50 galones (1 kg para 420 l) en el sistema.
Carbonato-de sodio, 1 libra por cada 30 galones (1 kg para 240 l) en el sistema.
Hidróxido de sodio (lejía, sosa), 1 libra por cada 50 galones (1 kg para 420 l) en el
sistema.
El sistema se llena, ventea y se hace circular perfectamente la solución de
limpieza, permitiendo que el sistema alcance las temperaturas de diseño o de
operación, si es posible. Después de que la solución ha circulado durante unas
horas, el-sistema debe drenarse por completo y volverse a llenar con agua limpia.
Por lo general, parte del limpiador se adherirá a la tubería para dar una solución
alcalina satisfactoria para la operación. Es preferible una lectura de pH entre 7 y 8, y
puede agregarse una pequeña cantidad de limpiador si es necesario. Un sistema
neutro limpio nunca debe drenarse excepto para una emergencia o para dar, servicio
al equipo que lo necesite después de años de operación. La solución anticongelante
en el sistema debe probarse cada año, como recomiendan los fabricantes del
anticongelante que se utilice. Sin duda alguna, el sistema limpio es el mejor
sistema”.
“Arreglos para la limpieza de sistemas de calefacción. Mucha de la suciedad y
contaminación en un sistema nuevo puede enjuagarse antes de ponerlo en ebu-

12. 12
llición. Esto se realiza enjuagando primero el sistema con agua limpia, que se
desperdicia, y efectuar después un lavado químico”.
“La caldera y la bomba de circulación se aíslan con válvulas, y se hace pasar
agua del municipio a través de las zonas sucesivas del sistema, para que arrastre
las virutas, suciedad, compuestos- de unión, etc., hasta el drenaje. A esto debe
seguir un lavado químico. La remoción de las virutas de tubos y otros desperdicios
antes de operar las válvulas de aislamiento de la caldera y de la bomba ayudarán a
proteger este equipo contra el daño que pudieran causar estos desperdicios.
Después de que ha terminado este proceso de enjuagado, se realiza el
procedimiento usual de poner en ebullición”.2
Uno de los pilares de nuestro trabajo es la aplicación del mantenimiento
preventivo en los calderos industriales, al respecto podemos ver un enfoque del
mantenimiento periódico, que es una modalidad muy importante de la prevención:
“El mantenimiento periódico tiene su fundamento en la conocida curva de la bañera
de la que incorporamos a continuación un ejemplo que seguramente una gran parte
de los lectores conocerá”.
“En el eje de ordenadas se suele representar la probabilidad de fallo o el
número de averías y en el eje de abscisas, la edad, entendiendo como tal el
parámetro de medida que se elija.
En cualquier equipo, desde un punto de vista tradicional, la fase de puesta a
punto o puesta en operación del mismo se caracteriza por un número de averías
2
Ibid, pag. 326

13. 13
superior a la considerada normal durante su explotación. Este período, comúnmente
denominado "mortalidad infantil", va decreciendo a medida que va pasando el rodaje
inicial, se van implementando las primeras modificaciones definidas durante la
puesta en marcha o se van optimizando los primeros ajustes y software.
A continuación tenemos un período relativamente dilatado en el que la
probabilidad de fallos o número de averías es más o menos constante,
produciéndose los mismos de manera totalmente aleatoria y sin una causalidad
claramente identificada. Este período, más el anterior, se denomina vida útil,
aunque hay algunos autores que denominan sólo vida útil al período de fallos
aleatorios estadísticamente constantes.
Pasado el período de vida útil en el que los fallos son totalmente aleatorios y
el equipo técnico de mantenimiento poco (o nada) puede hacer para anticiparse a
ellos, aparece un aumento paulatino de averías que históricamente se han asimilado
a desgastes, deterioros por fatiga, envejecimientos mecánicos, etc. En las nuevas
tecnologías basadas en componentes analógicos y digitales electrónicos, este
aumento de la tasa de fallos a partir de un determinado momento, es muy poco
conocido salvo en algunos componentes discretos como condensadores
electrolíticos, resistencias bobinadas, etc., en los que sí se sabe que a partir de un
determinado momento falla.
Desgraciadamente esta curva de bañera, y más concretamente en la parte
final de aumento paulatino de fallos con la edad, era fiable hace dos, tres o cuatro
décadas, en las que la gran mayoría de servomecanismos, componentes y
accionamientos, se basaban en sistemas puramente mecánicos, neumáticos o

14. 14
hidráulicos. Hoy en día no es así, por lo que cuando un determinado sistema
empieza a fallar según esta zona de la "bañera", se demuestra que en un 94 % de
los casos las actuaciones mejorativas posibles deben encaminarse a intervenciones
modificativas sobre el mismo y no preventivas.
Un ejemplo de un programa de revisiones sistemáticas de las que estamos
tratando se incorpora en la siguiente página, relativa a una planta electrógena diesel.
En dicho ejemplo se refleja un plan sistemático anual, planificado por semanas, en el
que se estipulan una serie de trabajos (especificados en los procedimientos
expuestos) con las horas/hombre asociadas, a realizar cada una de las semanas
numeradas. En la semana 26 se lleva a cabo un "OVERHAUL" o gran revisión. Todo
ello, como puede deducirse, independientemente de que la Planta electrógena diesel
haya trabajado mucho o poco en el año objeto de la planificación.
Por último', y para terminar de describir dicha curva, se comienza un período
en el que la mayor parte de los equipos fallan a la misma edad y, en teoría, ése sería
el momento de llevar a cabo la revisión preventiva sistemática al sistema para volver
a posicionarlo en una situación, llamémosla asumida, correspondiente a las averías
de vida útil. Realmente en ese punto de revisión periódica sistemática se comienza
un ciclo parecido a cuando el equipo era nuevo; esto es, la propia revisión periódica
induce una serie de fallos por manipulaciones, por paralización del sistema, etc. que
conlleva una cierta mortalidad infantil adicionada a la propia intervención; tal como
pasaba con el proceso previo de la puesta a punto. Si lo anteriormente dicho
hubiese estado basado en el conocimiento previo del comportamiento del material o
del sistema en el tiempo, las intervenciones sistemáticas se programarían siguiendo

15. 15
una periodicidad suficientemente contrastada, bien por la experiencia de situaciones
y contextos homólogos anteriores por parte del constructor o suministrador, o bien
por los resultados operacionales obtenidos por nosotros mismos en situaciones y
ensayos anteriores. Lo cierto es que esto no siempre es así. El momento en el que
se lleva a cabo la intervención preventiva suele estar definido desde un punto de
vista teórico y, en el mejor de los casos, extrapolando sin más una teoría o una
experiencia de un contexto muy diferente" al de nuestra explotación o nuestra planta.
La definición científica del momento de una revisión periódica sistemática,
debería hacerse basándose en la función de distribución de ave, rías, de forma que,
definiendo de antemano un correctivo residual imposible de eliminar, por ejemplo
entre el 5 y el 10 %, cuando el número o probabilidad de fallos superase
estadísticamente dicho valor es cuando debiera hacerse la intervención. En la figura
15
una periodicidad suficientemente contrastada, bien por la experiencia de situaciones
y contextos homólogos anteriores por parte del constructor o suministrador, o bien
por los resultados operacionales obtenidos por nosotros mismos en situaciones y
ensayos anteriores. Lo cierto es que esto no siempre es así. El momento en el que
se lleva a cabo la intervención preventiva suele estar definido desde un punto de
vista teórico y, en el mejor de los casos, extrapolando sin más una teoría o una
experiencia de un contexto muy diferente" al de nuestra explotación o nuestra planta.
La definición científica del momento de una revisión periódica sistemática,
debería hacerse basándose en la función de distribución de ave, rías, de forma que,
definiendo de antemano un correctivo residual imposible de eliminar, por ejemplo
entre el 5 y el 10 %, cuando el número o probabilidad de fallos superase
estadísticamente dicho valor es cuando debiera hacerse la intervención. En la figura
15
una periodicidad suficientemente contrastada, bien por la experiencia de situaciones
y contextos homólogos anteriores por parte del constructor o suministrador, o bien
por los resultados operacionales obtenidos por nosotros mismos en situaciones y
ensayos anteriores. Lo cierto es que esto no siempre es así. El momento en el que
se lleva a cabo la intervención preventiva suele estar definido desde un punto de
vista teórico y, en el mejor de los casos, extrapolando sin más una teoría o una
experiencia de un contexto muy diferente" al de nuestra explotación o nuestra planta.
La definición científica del momento de una revisión periódica sistemática,
debería hacerse basándose en la función de distribución de ave, rías, de forma que,
definiendo de antemano un correctivo residual imposible de eliminar, por ejemplo
entre el 5 y el 10 %, cuando el número o probabilidad de fallos superase
estadísticamente dicho valor es cuando debiera hacerse la intervención. En la figura

16. 16
4.21 reflejamos lo que queremos decir comparando dos distribuciones normales del
mismo MTBF promedio pero con desviaciones típicas diferentes”3
.
En la actualidad se cuenta con métodos e instrumentos de tecnología avanzada
para la detección de fallas, sobre este tema, veamos algunos datos muy
importantes:
“Ultrasonido.- Se emplea para detectar fallas, grietas, soldaduras deficientes,
huecos, corrosiones, desgastes, anormalidades, roturas en elementos, tales como:
estructuras, ejes, tuberías, etc. El método consiste en lanzar pulsos u ondas de
ultrasonido al interior de los materiales, y con las respuestas obtenidas "al regreso
de la señal se determinan la ubicación física y la criticidad de la falla”.
“El tiempo de retraso entre la generación del pulso del sonido y la detección de
la reflexión genera una medida de la distancia de la fuente a la superficie. La
propagación de ultrasonidos de banda de frecuencias entre 0,25 y 10 MHz es
bastante direccional y permite estudiar diferentes fisuras en la dirección en que
ocurren, o que se presume que existen. En aceros actúan adecuadamente en
espesores entre 0,5 y 300 milímetros (Duffuaa yotros, 1995 y Kelly y otros, 1998)”.
“Ensayos y controles no destructivos.- Clasifican en esta categoría de
instrumentos avanzados de mantenimiento: la gammagrafía, los rayos X, las
radiografías, las fibras ópticas para exámenes de profundidad, el ultrasonido, los
procedimientos ópticos, los tratamientos de imagen, la termografía infrarroja, los
3
Gonzales Fernández, Francisco Javier. Mantenimiento Industrial Avanzado, 2da edición. F.C. Editorial,
Madrid, 2009. Pág.124

17. 17
ensayos bajo control, las pruebas de aceleración de vida útil, etc. (Duffuaa y otros,
1995 y Kelly y otros, 1998)”.
“Control de ruido.- La constante revisión y medición de ruidos permiten
detectar en forma temprana las fallas, o percibir elementos fuera de condiciones
estándar. El sistema se fundamenta en medir las características de ruido, bajo
condiciones normales y usar esta referencia para detectar anomalías. Puede
utilizarse como un método previo a un análisis más profundo de vibraciones (Sourís,
1992; Duffuaa y otros, 1995 y Kelly y otros, 1998)”.4
4
Mora Gutiérrez, Alberto. Mantenimiento. Planeación, Ejecución Y Control. Editorial Alfaomega Colombiana
S.A. Bogotá, 2009. Pág. 410.

18. 18
III. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 MATERIALES:
En el desarrollo del presente proyecto de investigación, se han empleado
diversos materiales, entre los cuales citaremos los principales:
 Fluidos y Procesos SAC, Lima
 Inversiones Dulce mar SAC, Chimbote
 Dinamómetro eléctrico
 Dinamómetro de corrientes parásitas
 Tacómetro
 Medidor de flujo
 Manómetros
 Torquímetro
 Termómetros
 Amperímetros
 Voltímetro
 Equipo de ensayos no destructivos para cojinetes
 Equipo de seguridad para manipuleo de sistemas eléctricos
 Computadora
 Impresora
 Scanner
 Fotocopiadora
 Internet
 Útiles de escritorio
 Materiales informáticos
 Material Bibliográfico (textos, revistas especializadas, catálogos etc.).

19. 19
3.2 MÉTODOS:
Se ha efectuado evaluaciones de los diversos componentes de calderos de
vapor, de sus componentes y elementos que lo constituyen, lo que nos permiten
realizar las acciones correspondientes a la presente investigación.
3.2.1 Se han experimentado diversas acciones de mantenimiento preventivo,
predictivo y correctivo en los diversos sistemas de los calderos de vapor y de
las instalaciones para transporte de vapor, así como también se han recogido
información histórica acerca de experiencias en el mantenimiento de calderos
en el Perú y en otros países.
3.2.2 Se han realizado mediciones y verificaciones durante el funcionamiento de
calderos y durante el proceso de mantenimiento, contrastando los resultados
con los datos que consignan los manuales de operación y de mantenimiento
proporcionados por los fabricantes.

20. 20
IV. CALDEROS DE VAPOR
4.1 ¿QUE ES UN CALDERO DE VAPOR?
En términos muy simples y genéricos podemos decir que un caldero o caldera,
como también se le denomina, es básicamente un recipiente a presión,
cerrado, en el que se calienta agua para uso externo del mismo por aplicación
directa de calor resultante de la combustión de un combustible (sólido, líquido o
gaseoso). Este fluido puede ser calentado hasta su evaporación en el caso de
que el requerimiento sea de vapor de agua.
El diseño y construcción de un caldero de vapor implica la aplicación de
tecnologías como la de los recipientes de paredes delgadas sometidas a
presión.
Fig. 1 Caldero de vapor.
20
IV. CALDEROS DE VAPOR
4.1 ¿QUE ES UN CALDERO DE VAPOR?
En términos muy simples y genéricos podemos decir que un caldero o caldera,
como también se le denomina, es básicamente un recipiente a presión,
cerrado, en el que se calienta agua para uso externo del mismo por aplicación
directa de calor resultante de la combustión de un combustible (sólido, líquido o
gaseoso). Este fluido puede ser calentado hasta su evaporación en el caso de
que el requerimiento sea de vapor de agua.
El diseño y construcción de un caldero de vapor implica la aplicación de
tecnologías como la de los recipientes de paredes delgadas sometidas a
presión.
Fig. 1 Caldero de vapor.
20
IV. CALDEROS DE VAPOR
4.1 ¿QUE ES UN CALDERO DE VAPOR?
En términos muy simples y genéricos podemos decir que un caldero o caldera,
como también se le denomina, es básicamente un recipiente a presión,
cerrado, en el que se calienta agua para uso externo del mismo por aplicación
directa de calor resultante de la combustión de un combustible (sólido, líquido o
gaseoso). Este fluido puede ser calentado hasta su evaporación en el caso de
que el requerimiento sea de vapor de agua.
El diseño y construcción de un caldero de vapor implica la aplicación de
tecnologías como la de los recipientes de paredes delgadas sometidas a
presión.
Fig. 1 Caldero de vapor.

21. 21
NORMAS DE DISEÑO:
Antiguamente, no existía ningún criterio a la hora de diseñar calderas y
recipientes a presión. Ocurrían explosiones por causas desconocidas. Fue
entonces que la American Society of Mechanical Engineers (ASME) comenzó
a crear códigos para utilizar en el diseño y control de los recipientes que
fuesen a trabajar a presión.
La ASME VIII Div. 1, Es la parte encargada de diseño, tiene distintas
partes que comprenden cálculo de espesores, cálculo de aberturas,
conexiones, etc.
Esta norma para diseño de calderas y recipientes a presión es utilizada a nivel
mundial, aunque existe otras normas como: Norma alemana (AD-Merkblätter),
Diseño de calderas según normativa española UNE 9-300.
Es necesario verificar que la empresa oferente de este tipo de equipos
este certificada en cuanto a calidad, lo que implica que dicho fabricante usa
alguna de estas normas para la fabricación y montaje.
Un caldero es una máquina o instalación, diseñada y construida para
producir vapor de agua a elevada presión y temperatura, las hay, desde
pequeñas instalaciones locales para la producción de vapor para cocción de
alimentos, planchado en serie de ropa, tratamientos sépticos de
instrumentales y labores similares, con vapor de relativa baja temperatura y
presión, hasta enormes instalaciones industriales, utilizadas para la

22. 22
alimentación de turbinas de generación de electricidad, y otros procesos
industriales donde se requiere vapor en grandes cantidades, a altísimas
temperaturas y presiones.
En esencia una caldera es un recipiente cerrado, lleno parcialmente de
agua a la que se le aplica calor procedente de alguna fuente, tal como un
combustible, rayos solares concentrados, electricidad etc. para hacerla hervir
y producir vapores. Como estos vapores están confinados a un espacio
cerrado, se incrementará la presión interior y con ello la temperatura de
ebullición del agua según muestra el diagrama de fases, pudiéndose alcanzar
finalmente muy elevados valores de presión y temperatura. Estos vapores se
concentran en la parte superior del recipiente inicialmente vacío, conocido
como domo, de donde se extrae vía conductos para ser utilizado en el
proceso en cuestión.
Aunque el principio de trabajo es muy simple, las particularidades del
proceso son complejas para un trabajo seguro y eficiente de la caldera,
especialmente en las grandes instalaciones industriales.
Hay muchos tipos de calderas de acuerdo a las temperaturas y
presiones finales, tipo de energía calorífica disponible y volumen de
producción de vapor.
Cabe destacar además, que incluso, para las mismas condiciones
generales, existen un gran número de diseños constructivos en cuanto al
modo de intercambio de calor, la forma del quemado del combustible, forma

23. 23
de alimentación del agua y otros muchos factores, lo que hace el tema de las
calderas, objeto de grandes tomos técnicos así como de constante desarrollo.
La función principal de la caldera propiamente dicha, es proporcionar
un medio por el cual el calor procedente de la combustión se transmita al
agua o al vapor que debe ser calentado. El objetivo que persigue el diseñador
es lograr la mejor disposición de la superficie de calefacción, de acuerdo con
las limitaciones en cuanto al espacio disponible y los arreglos necesarios en el
fogón y en los demás componentes. La superficie de calefacción requerida
depende de su clase, si es primaria, secundaria, de supere calentamiento,
recalentamiento, economizador o de calentador de aire.
El tipo de caldera así como la presión y la temperatura de trabajo,
tienen gran influencia sobre el diseño. Una caldera de tubos de humo
remachada, de baja presión, tiene bien poco de común con una planta para
servicio termoeléctrico de 351.5 kg/cm2
(5000 lb/plg2
) de presión. El diseñador
tiene como meta de trabajo la obtención de una eficiencia máxima al costo de
operación más bajo; o bien se propone conseguir un costo inicial mínimo.
Los requisitos de la calidad del vapor, afectan una parte del diseño de la calde-
ra. Si se requiere una calidad de 99.5%, se necesita vapor seco y tienen que
agregarse separadores de vapor. La necesidad de supercalentamiento o de
recalentamiento afecta igualmente el diseño. Si no existe objeción contra el
vapor saturado o húmedo (como por ejemplo en una planta de calefacción), el
diseñador omitirá el equipo de separación y supercalentamiento.

24. 24
La circulación del vapor y del agua dentro de la caldera, es decisiva
para la efectividad de la superficie transmisora de calor. Los precipitados o
sedimentos tienen que depositarse en donde no afecten a la superficie
principal de transmisión de calor y de donde puedan ser evacuados por purga
o por limpieza periódicas. Deben tomarse previsiones para una pugna
continua, ya desde el diseño. Algunas calderas necesitarán equiparse con
circulación forzada.
La cantidad de agua contenida en la caldera determina la rapidez con
la que puede calentarse para alcanzar las condiciones de evaporación (o
producción de vapor). Algunos sistemas de calefacción requieren un volumen
grande de almacenamiento, ya sea en la caldera misma, o en tanques de
almacenamiento de agua de alimentación. En las unidades de gran
capacidad, los diseñadores encuentran un incentivo para dar a las superficies
de calefacción las proporciones debidas para el uso óptimo de los niveles de
temperatura que pueden lograrse. En los tamaños chicos, las consideraciones
de carácter económico generalmente imponen la necesidad de buscar la
sencillez de la construcción.
Los materiales y los métodos de construcción están controlados por los requi-
sitos para el trabajo a presión y por el código ASME para calderas y tanques de
presión.

25. 25
4.2 RESEÑA HISTORICA
James Watt, ingeniero escocés del siglo XVIII, fue el primero en
observar que se podría utilizar el vapor como una fuerza económica que
remplazaría la fuerza animal y manual, empezando entonces a desarrollar la
fabricación de calderas de vapor. Actualmente, tenemos los calderos de
biomasa, que se utilizan tanto en ámbitos industriales como en domésticos.
Con el pasar de los años, fueron transformándose en un equipo
indispensable para cada proceso productivo haciéndose cada vez más
pequeñas, eficientes y seguras.Las primeras calderas tenían el inconveniente
que se aprovechaba mal el vapor, así que el primer cambio que hicieron fue
introducir tubos, para aumentar la superficie de calefacción. Si por el interior de
los tubos circulan gases o fuego, se les clasifican en calderas pirotubulares , y
si lo que circula es agua se llaman calderas acuotubulares.
Luego en 1844 fueron desarrollados los calderos tipo Lancashire,
compuestas por un largo manto de acero, por lo general de 5 a 10 m. de largo,
a través del cual pasaban 2 tubos de gran diámetro llamados fogones y se
instalaba una cámara de combustión a la entrada de cada uno de ellos.
Esta cámara podía ser diseñada para quemar gas, petróleo o carbón.
Los fogones se encontraban rodeados por agua en su exterior y el calor que se
generaba en la cámara de combustión era transferido al agua. Una de las
desventajas era que después de repetidos calentamientos y enfriamientos, se
deterioraban generando infiltraciones de aire que desequilibraban el tiro de la

26. 26
caldera, y a la vez disminuía su eficiencia. Sobre el año 1878 se diseñó la
caldera Tipo Cochran cuya principal novedad fue la introducción de tubos
horizontales en un manto cilíndrico vertical por medio de placas tubulares
bridadas. Esta caldera fue vertical y la caja de humo formaba parte de ella
apernada a un lado.
En 1934 las calderas Cochran alcanzaron un acuerdo con Kirke,
inventor de los famosos tubos Sinuflo, y lanzaron una línea de calderas
horizontales recuperadoras de calor. Fueron muy exitosas, ideales para
generar vapor a partir de gases calientes residuales provenientes de los
procesos de las industrias del gas y del acero.
En 1959 se lanzaron al mercado las calderas verticales Cochran Serie
II con eficiencias térmicas y una gran producción de vapor para su tamaño. Su
operación podía ser completamente automática, operando tanto con
combustibles líquidos como sólidos. La mejora en los materiales y en los
procesos de fabricación se tradujo en que se podían instalar más tubos en
cada unidad, surgiendo así la caldera paquete multitubular.
Estas calderas se clasifican de acuerdo al número de pasos; es decir,
de acuerdo al número de veces que los productos de combustión calientes
pasan a través de la caldera. El diseño más común corresponde a las calderas
de tres pasos, siendo el primero de ellos la cámara de combustión y los dos
siguientes los pasos a través de los tubos.

27. 27
Años más tarde surgen las calderas de llama reversa donde la cámara
de combustión tiene la forma de un dedal; el quemador está instalado en su
extremo abierto normalmente por debajo del centro. La llama retorna sobre sí
misma dentro de la cámara de combustión para volver hacia el frente de la
caldera. Los tubos de humo rodean el dedal y permiten el paso de los
productos de combustión calientes a la parte trasera de la caldera y a la
chimenea.
Para finales del Siglo XX diferentes ingenieros comienzan a desarrollar
las calderas de biomasa que cumplen con un número de principios técnicos
que conducen a una combustión completa, con bajas emisiones, alta eficacia y
que utilizan como combustible la biomasa, o sea, residuos de materia orgánica
que son combustibles renovables, como son: bagazo de caña, huesos de
aceitunas, cáscaras de almendras y nueces, restos de podas, leña de árboles
secos, etc.
En estos tiempos las calderas de biomasa son ampliamente utilizadas
en todos los ámbitos industriales y domésticos porque tienen las ventajas de
utilizar combustibles más económicos y menos contaminantes con el medio
ambiente.
4.3 CLASIFICACION
Existen una gran variedad de tipos de calderos y que se adecúan a diferentes
aplicaciones, en forma amplia podemos clasificarlos en función de lossiguientes
parámetros:

28. 28
a. Uso
b. Presión de trabajo
c. Material del que están construidas
d. Tamaño
e. Contenido de los tubos
f. Forma y posición de los tubos
g. Fuente del calor
h. Clase de combustible
i. Fluido generado
j. Posición del fogón
4.3.1 Según el uso
Partiendo de la simple caldera de casco cilíndrico, se han desarrollado
muchos y variados tipos de unidades generadoras de vapor. Algunos se han
diseñado para proporcionar fuerza en general o calefacción, otros en cambio
se destinan para funciones más especializadas. Sus características varían de
acuerdo con la naturaleza del servicio que prestan.
Las calderas estacionarias se utilizan para calefacción de edificios,
para plantas de calefacción central de servicio público, como plantas de vapor
para procesos industriales, plantas de vapor para centrales termoeléctricas
locales, centrales de fuerza para servicio público (plantas termoeléctricas) o
unidas generadoras para servicios especiales.

29. 29
Las calderas portátiles incluyen las de tipo locomovible usada en los
campos petroleros y en los aserraderos, los generadores de vapor pequeños
y los que se utilizan para malacates de vapor, tan familiarizados con las obras
de construcción. La mayoría de las calderas con caja de fuego de Acero, Se
califican entre las calderas portátiles.
Las calderas para servicios secundarios son invariablemente
consideradas como auxiliares, tales como las que se usan a bordo de los
barcos para cubrir sus necesidades durante la estancia en puerto. Una
máquina de vapor complementaria, que por lo general se supone que va
dotada de su propia caldera, es una unidad pequeña, portátil, dedicada a
trabajos auxiliares. Se le utiliza a bordo de los buques, en explotaciones
madereras y las obras de construcción.
Las calderas de calefacción se califican frecuentemente como
residenciales o como comerciales. Se acostumbra también establecer una
diferencia entre las instalaciones industriales y las plantas de fuerza
termoeléctrica. Las grandes unidades utilizadas primordialmente para la
generación de energía eléctrica, son conocidas por el nombre genérico de
centrales termoeléctricas.
4.3.2 Según la presión de trabajo
Calderas estacionarias: para mantener un control de seguridad sobre las
características de construcción de toda caldera estacionaria susceptible de

30. 30
aseguramiento, dicha construcción debe someterse a las normas prescriptas,
por el “Código de Caldera y Tanques de Presión” de la American Society of
Mechanical Engineers - ASME, conocido como el Código de Calderas ASME.
Este código diferencia a las calderas por las siguientes características:
1.- Calderas de calefacción de baja presión: comprenden todas las calderas
de vapor que no exceden de 1.05kg/cm2
(15lb/plg2
) y todas las calderas para
agua caliente que operan a presiones que no exceden de 11.25kg/cm2
(160lb/plg2
) y cuyas temperaturas no sobrepasan los 121°C (250°F).
2.- Calderas para generación de Fuerza: Se consideran dentro de esta
sección todas aquellas calderas cuyas condiciones de operación sobrepasan
los límites señalados en el párrafo anterior.
3.- Se consideran como calderas de miniatura, todos aquellos tanques de
presión sometidos a fuego, que no exceden los límites siguientes:
a.- Diámetro interior del casco: 406mm (16plg)
b.- Volumen máximo de 0.141m3
(5ft3
) excluyendo la cubierta y el aislamiento
c.- Superficie de calefacción de 1.86m2
(20ft2
)
d.- 7kg/cm2
(100lb/plg2
) de presión máxima de trabajo.
4. Calderas de locomotoras: Las calderas movibles para locomotoras de
ferrocarril, se construyen también de acuerdo con el Código de Calderas
ASME.

31. 31
5. Calderas Marinas: Las calderas marinas se construyen de acuerdo con los
reglamentos denominados “Reglamentación de Ingeniería Naval y
Especificaciones de Materiales”.
4.3.3 Según el tipo de material de construcción.
Las calderas para la generación de fuerza se construyen usualmente
con aceros especiales. Las calderas de miniatura se pueden fabricar de
otros metales, como cobre, acero inoxidable y similar. Las calderas de
calefacción de presión baja, se fabrican por lo general, de hierro colado o de
acero, aunque algunas calderas para servicio doméstico, operadas por
medio de gas se manufacturan de tubos de cobre.
Las calderas de hierro colado, producidas por las fundiciones de hierro
gris, se componen de cierto número de secciones, interconectadas por
niples de presión o individualmente por medio de cabezales exteriores.
Las calderas son fabricadas con láminas de acero, procedentes de los
trenes de laminación y con fluses de acero. Las planchas de acero son
unidas por medio de costuras de remaches o por costuras de soldadura.
4.3.4 En función del tamaño
La industria de caldero ha reconocido las normas del Instituto de
Calderas de Acero y las del instituto de Manufactureros de Calderas y
Radiadores.

32. 32
- Calderas de Acero.- El instituto de Calderas de Acero, estandariza el
tamaño y clasificación de las calderas de fogón de acero, calderas
escocesas, quemadores para calderas y calderas de acero para calefacción
(con la excepción de las calderas verticales que operan a más de 1kg/cm2
).
- Calderas de Hierro Colado.- El “Código de Pruebas y Estimaciones para
Calderas de Calefacción de baja Presión” del IBR establece las normas de
las calderas de hierro colado para calefacción (hasta una presión de
1.05kg/cm2
(15lb/plg2
)), catalogándolas en la llamada “Categoría treinta y
tres” (para un rendimiento hasta de 3143 Kg. de vapor por hora).
4.3.5 En función del contenido de los tubos
Además del tipo ordinario de caldera de cuerpo de acero; hay dos otras
clases de amplio uso y son:
- Calderas de tubos de fuego o Pirotubulares.- Estas son calderas dotadas
de tubos rectos, rodeados de agua. La llama se forma en el hogar pasando
los humos por el interior de los tubos para ser conducidos a la chimenea;
presentan una elevada perdida de carga en los humos. Estos tubos se
instalan normalmente en la parte inferior de un tambor sencillo o de un caso,
abajo del nivel del agua.
En este tipo de calderos, el fluido en estado líquido se encuentra en un
recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula fuego y gases
producto de un proceso de combustión.

33. 33
La caldera de vapor pirotubular, concebida especialmente para
aprovechamiento de gases de recuperación presenta las siguientes
características.
El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de
disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de
transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de
vapor.
La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de
brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en
otra cámara de salida de humos.
El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas
atornilladas y abisagradas en la cámara frontal y posterior de entrada y salida
de gases, equipadas con bridas de conexión. En cuanto al acceso, al lado
agua se efectúa a través de la boca de hombre, situada en la bisectriz
superior del cuerpo y con tubuladuras de gran diámetro en la bisectriz inferior
y placa posterior para facilitar la limpieza de posible acumulación de lodos.
El conjunto completo, calorífugado y con sus accesorios, se asienta sobre un
soporte deslizante y bancada de sólida y firme construcción suministrándose
como unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar
las conexiones a instalación.
La caldera, una vez realizadas las pruebas y comprobaciones
reglamentarias y legales por una Entidad Colaboradora de la Administración,
se entrega adjuntando un "Expediente de Control de Calidad" que contiene
todos los certificados y resultados obtenidos.

34. 34
En este tipo de calderas los gases de combustión circulan por el interior
de los tubos y manejan presiones de operación de 0-300 PSIG.
VENTAJAS:
 Menor costo inicial debido a la simplicidad de su diseño.
 Mayor flexibilidad de operación.
 Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación.
 Son pequeñas y eficientes.
 Inconvenientes:
 Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.
 No son empleables para altas presiones.
- Calderas de tubos de Agua o Acuotubulares.- En estas calderas los tubos
contiene en su interior el vapor o el agua, mientras que el fuego es aplicado
en la superficie exterior de los mismos. Los tubos generalmente unidos a uno
o más domos. Los domos van colocados horizontalmente por lo regular. La
llama se forma en un recinto de paredes tubulares que configuran la cámara
de combustión. Soporta mayores presiones en el agua, pero es más cara,
tiene problemas de suciedad en el lado del agua, y menor inercia térmica.
En este tipo de calderas, el fluido de trabajo se desplaza a través de
tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales
termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida, y gran capacidad
de generación.

35. 35
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"
(libre de explosiones).
 La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de
humo, ya que se fabrican de 3, 4 y 6 pasos.
 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.
 Son equipos tipo paquete, con todos sus sistemas para su operación
automática.
 Son utilizados quemadores ecológicos para combustóleo, 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%.

36. 36
Inconvenientes:
 Mayor tamaño y peso, mayor costo.
 Debe ser alimentada con agua de gran pureza
4.3.6 Por la forma y posición de los tubos.
La superficie de calefacción de los tubos o fluses se puede clasificar por:
1) La forma de los mismos: rectos, curvos o sinuosos
2) Su disposición: horizontal, inclinada o vertical.
4.3.7 Según la fuente de calor.
El calor puede darse como resultado de:
1) La combustión de combustibles
– Sólidos: engorrosas de operar por la alimentación, las cenizas y suciedad
que generan y el difícil control de la combustión.
– Líquidos: el combustible deber ser pulverizado o vaporizado para que
reaccione con el aire.
– Gaseosos: de combustión más fácil pero más peligrosa que los líquidos
2) Los gases calientes de desperdicio de otras reacciones químicas
3) La aplicación de energía eléctrica
4) El empleo de energía nuclear.
4.3.8 Por el tipo de combustible.
Frecuentemente se diseñan las calderas de acuerdo con el combustible
a emplear, por ejemplo, carbón bituminoso, antracita, carbón pulverizado, gas,
petróleo, leña y bagazos u otros productos de desperdicio.

37. 37
4.3.9 Por el tipo de fluido obtenido
La idea general de una caldera se concibe como un recipiente de
presión, dedicado a producir vapor de agua. Sin embargo una gran mayoría
de calderas residenciales y muchas de tipos más grandes, tienen como
finalidad el calentamiento de agua. Algunas calderas para procesos
industriales se destinan al calentamiento de productos químicos especiales,
tales como la Dowtherm. En algunas plantas de centrales termoeléctricas, se
han instalado calderas a base de mercurio.
4.3.10 Por la posición del fogón.
La caldera es un dispositivo de calefacción eterna, en el que la
combustión tiene lugar fuera de la región del agua. Todo el calor necesita ser
transmitido por la superficie de calefacción para entrar en contacto con el
agua. La localización del fogón en relación a la caldera, se indica ya en la
descripción del hogar, que puede ser interno o externo, según las
consideraciones siguientes:
1.- El hogar es interna si en la cámara en la que se desarrolla la combustión
está totalmente rodeada por superficies enfriadas por agua, tal como sucede
en las calderas de tipo escocés o en las calderas portátiles con fogón en
forma de caja.
2.- El fogón es de combustión externa, si éste es auxiliar a la caldera o si está
construido debajo de la misma. La mayoría de las calderas que se
manufacturan en la actualidad, son de hogar interno.

38. 38
Partiendo de la simple caldera de casco cilíndrico, se han desarrollado
muchos y variados tipos de unidades generadoras de vapor. Algunos se han
diseñado para proporcionar fuerza en general o calefacción, otros en cambio
se destinan para funciones más especializadas. Sus características varían de
acuerdo con la naturaleza del servicio que prestan.
Las calderas estacionarias se utilizan para calefacción de edificios,
para plantas de calefacción central de servicio público, como plantas de vapor
para procesos industriales, plantas de vapor para centrales termoeléctricas
locales, centrales de fuerza para servicio público (plantas termoeléctricas) o
unidas generadoras para servicios especiales.
Las calderas portátiles incluyen las de tipo locomovible usada en los
campos petroleros y en los aserraderos, los generadores de vapor pequeños
y los que se utilizan para malacates de vapor, tan familiarizados con las obras
de construcción. La mayoría de las calderas con caja de fuego de Acero, Se
califican entre las calderas portátiles.
Las calderas para servicios secundarios son invariablemente
consideradas como auxiliares, tales como las que se usan a bordo de los
barcos para cubrir sus necesidades durante la estancia en puerto. Una
máquina de vapor complementaria, que por lo general se supone que va
dotada de su propia caldera, es una unidad pequeña, portátil, dedicada a
trabajos auxiliares. Se le utiliza a bordo de los buques, en explotaciones
madereras y las obras de construcción.

39. 39
Las calderas de calefacción se califican frecuentemente como
residenciales o como comerciales. Se acostumbra también establecer una
diferencia entre las instalaciones industriales y las plantas de fuerza
termoeléctrica. Las grandes unidades utilizadas primordialmente para la
generación de energía eléctrica, son conocidas por el nombre genérico de
centrales termoeléctricas.
4.4 PARTES PRINCIPALES
Para comprender cabalmente el funcionamiento de un caldero por
supuesto, ejecutar el mantenimiento adecuado, es necesario conocer
detalladamente las partes del caldero, en este capítulo resumiremos la parte
fundamental de estos componentes, incidiendo en su función en el equipo.
Las partes que se tratarán como unidades importantes para calderos
pirotubulares y acuotubulares y analizar algunos conceptos modernos para su
construcción son: tambor de vapor tambor de lodos, horno, precalentador de
aire, sobrecalentador zona de convección, economizador calentador de aire,
chimenea y el sistema de purgas o extracciones de fondo de la caldera.

40. 40
Disposición general de una caldera acuotubular – partes principales
Fig. 2 partes principales.
Otras partes de la caldera que podríamos mencionar como sistemas y
que cumplen un rol fundamental en el conjunto son: el sistema de combustión
compuesto básicamente de otros subsistemas como el control de combustión
propiamente dicho y el programador de seguridad de encendido. Otras son, el
sistema de aire de combustión, formado por los ductos de aire, sus accesorios
de control lo los ventiladores de suministro del flujo.
El control de combustión propiamente dicho controla la rata de
producción de vapor, ya sea aumentando o disminuyendo el porcentaje de
suministro de energía y el programador de encendido o supervisor de llama;
éste último no controla, sino vigila las diferentes variables de control para la
toma de decisiones, en cuanto a seguridad de la caldera.
40
Disposición general de una caldera acuotubular – partes principales
Fig. 2 partes principales.
Otras partes de la caldera que podríamos mencionar como sistemas y
que cumplen un rol fundamental en el conjunto son: el sistema de combustión
compuesto básicamente de otros subsistemas como el control de combustión
propiamente dicho y el programador de seguridad de encendido. Otras son, el
sistema de aire de combustión, formado por los ductos de aire, sus accesorios
de control lo los ventiladores de suministro del flujo.
El control de combustión propiamente dicho controla la rata de
producción de vapor, ya sea aumentando o disminuyendo el porcentaje de
suministro de energía y el programador de encendido o supervisor de llama;
éste último no controla, sino vigila las diferentes variables de control para la
toma de decisiones, en cuanto a seguridad de la caldera.
40
Disposición general de una caldera acuotubular – partes principales
Fig. 2 partes principales.
Otras partes de la caldera que podríamos mencionar como sistemas y
que cumplen un rol fundamental en el conjunto son: el sistema de combustión
compuesto básicamente de otros subsistemas como el control de combustión
propiamente dicho y el programador de seguridad de encendido. Otras son, el
sistema de aire de combustión, formado por los ductos de aire, sus accesorios
de control lo los ventiladores de suministro del flujo.
El control de combustión propiamente dicho controla la rata de
producción de vapor, ya sea aumentando o disminuyendo el porcentaje de
suministro de energía y el programador de encendido o supervisor de llama;
éste último no controla, sino vigila las diferentes variables de control para la
toma de decisiones, en cuanto a seguridad de la caldera.

41. 41
4.4.1 Tambor de vapor o domo principal
El tambor de vapor de la figura No. III-2 es una vista de corte lateral
cilíndrico. El tambor de vapor es un cilindro que puede medir 60” de diámetro
y entre 4 a 5 metros de longitud. Recibe agua de alimentación fresca,
bombeada externamente. En algunas calderas que poseen economizador, el
agua del sistema de alimentación de calderas, (Boiler Feed Water- BFW)
pasa primeramente por el economizador y luego de ganar temperatura, pasa
hacia el tambor de vapor después de haberse precalentado el agua. El tambor
de vapor (Steam Drum) es diseñado para dar cabida al volumen de vapor
requerido en conjunto con el equipo de combustión y sus sistemas de control
de nivel asociados. En resumen, la capacidad de producción de vapor es
función del volumen del tambor y del sistema de combustión. En el tambor de
vapor se realizan las siguientes funciones, principalmente:
Propiciar el espacio suficiente para facilitar la separación agua - vapor en el
proceso de evaporación, para la producción de vapor en la caldera y para
hacer estable el proceso.
Proporcionar un espacio para colectar el volumen de vapor necesario para el
proceso requerido.
Mantener un volumen adecuado de agua para la alimentación a los tubos
bajantes de la caldera y garantizarle un flujo continuo a los tubos
generadores de vapor.
Disponer el área suficiente para acomodar la llegada de los tubos
evaporadores o risers, la salida de los tubos descendentes o downcomers y
la salida de los tubos de vapor hacia el sobrecalentador. El volumen del
tambor de vapor facilita también la circulación natural de la caldera.

42. 42
Facilitar un espacio para adecuar la pureza del vapor.
Disponer de un espacio para el proceso de reacción de los químicos con los
elementos indeseables dentro de la caldera.
Debido a que el vapor producido en la caldera debe ser lo más puro y
seco posible, el tambor de vapor tiene instalados algunos elementos o
accesorios llamados los internos del tambor encargados de retener las
partículas de agua o humedad y otros materiales que el vapor pudiera
arrastrar hacia el Sobrecalentador o hacia los sistemas externos del proceso.
Estos internos tienen forma de bafles, platos perforados, rejillas, ciclones,
secadores de malla, separadores, y otros.
La calidad del vapor el contenido de humedad y es una variable de nito
valor para el proceso que depende de dos factores: diseño y operación.
Desde el punto de vista del diseño, depende de la presión de diseño, del
tamaño del tambor, de su longitud y diámetro, del volumen de vapor
generado, de la relación de circulación agua circulada a los tubos calientes
sobre el vapor generado, del tipo de arreglo de los separadores mecánicos,
de la calidad del agua (BFW) y del arreglo de las tuberías de los tubos
bajantes y elevadores.
Desde el punto de vista de la operación depende de la estabilidad del control
de nivel de agua en la caldera, de la presión de operación, de la carga de
producción de vapor de la caldera, del tipo de carga que sirve y de la calidad
química del agua dentro de la caldera.

43. 43
Características del tambor de vapor
El tambor de vapor es quizá el elemento más importante de una caldera, por
cuanto allí se proceso el producto de la misma. Con una calidad flujo
adecuados para sentir al proceso para el que fue adquirida. El tambor de
vapor aloja en su interior los elementos necesarios para lograr el control
químico del agua y la calidad del vapor.
Otros elementos internos del tambor de vapor son: la línea de agua de
alimentación (BFW), instalada paralela al eje central del cilindro del tambor; la
tubería de dosificación de químicos, que consta de un tubo perforado a lo
largo e igualmente paralelo al eje central del tambor y permite una mezcla de
los químicos con el agua de alimentación dentro del tambor.
Existe también una línea de salida de agua: la línea de extracción de agua o
de control de calidad, llamada purga continúa de la caldera. El significado de
ésta es importante para el tratamiento químico interno dentro de la caldera y
va a incidir en la calidad final del vapor. Dentro del tambor de vapor ocurren
reacciones químicas para depurar la calidad del agua. Estas reacciones
generan lodos que se mantienen en suspensión, que deben ser evacuados
para mantener niveles controlables de contaminantes dentro de la caldera y
minimizar los problemas de inmutaciones o corrosiones en las tuberías.

44. 44
Fig.3Tambor de vapor o domo principal
4.4.2Tambor de lodos
Dispuesto en la parte baja de la caldera, como se muestra en la figura
siguiente, el tambor de lodos colecta las impurezas que se producen del
tratamiento químico del agua. Estas impurezas tienden a depositarse en las
partes bajas, por lo cual allí se van los materiales indeseables e impurezas de
la caldera para, mediante extracciones como las purgas de fondo, mantener
limpia y libre de suciedad la caldera.
Fig. 4 Tambor de vapor – tubos – tambor de lodos.

45. 45
4.4.3 Horno u hogar
El horno de la caldera es el recinto dentro del cual se realiza la
combustión y el proceso de transferencia de calor por radiación. Constituido
por un gran número de tubos que forman el banco generador de la caldera y
las paredes de agua, llamadas así por conformar los límites laterales de la
caldera y que le dan su forma. Dentro del hogar se encuentran los
quemadores de combustibles que se ubican en el mismo plano de una pared
del homo o en las esquinas, para las grandes unidades de generación de
potencia.
El horno, también llamado hogar debe cumplir básicamente con las siguientes
funciones:
• Capacidad de admitir el volumen de aire necesario para la combustión a
plena carga.
• Capacidad suficiente para asegurar circulación adecuada de agua por
los tubos.
- Dimensión suficiente como para evitar que la llama de la combustión
golpee contra las paredes de tubos (Golpe de llama).
- Dimensiones proporcionadas para asegurar un inventario de gases para
la generación de vapor y propiciar la absorción térmica óptima en todas
las partes.
- Soportar los esfuerzos mecánicos por eventuales explosiones internas
dentro de la caldera, evitando daños en equipos externos o daños a
personas.

46. 46
La tubería del hogar debe ser minimizada en el número de soldaduras y
curvas.
Horno paralelo
Se denomina así, cuando los quemadores se colocan al frente y atrás de la
pared posterior del horno. Es decir, quedan enfrentados los quemadores en
paredes opuestas.
Horno turbulento
Se llama así cuando los quemadores están ubicados en las esquinas e
inyectan el combustible en forma tangencial hacia el interior del horno. Este
tipo de homos es ideal para la quema de carbón, pues ofrece mayor
turbulencia y mejor mezcla aire? combustible. Igualmente propicia la
sedimentación de las panículas de carbón.
La figura siguiente, muestra la cámara donde se realiza la combustión. Se
observa la longitud de la llama proporcional a la profundidad del homo.
Fig. 5 Horno u hogar de caldera.

47. 47
4.4.4 Precalentador de aire de combustión.
El aire para la combustión de la caldera, por tomarse directamente del medio
circundante, lleva humedad propia del lugar de la instalación. Esta humedad
produce corrosión de los elementos del interior de la caldera. El primer
contacto que realiza el aire al entrar a una caldera es en el calentador de aire,
por lo cual debe evitarse que la humedad del aire llegue allí. El precalentador
de aire retira la humedad, elevando su temperatura y haciendo más fácil su
recorrido por los ductos hacia la caja de aire.
El problema de la corrosión en la parte extrema de los tubos del calentador,
lado aire, se obvia instalando un precalentador de aire directamente a la
salida de la decaiga del sistema de aire forzado. Este precalentador por lo
general es un serpentín de tubos aleteados de cobre que utiliza vapor gastado
de la planta para calentar por convección el aire de combustión y retirar así la
humedad presente en el aire atmosférico.
Otro de los objetivos que se consigue con este precalentador de aire es
mejorar los potenciales de corrosión de los gases sulfurosos en el calentador
de aire (lado gases).
El aire de combustión que entra a temperatura ambiente (90°F en áreas de
clima templado), gana temperatura en el serpentín de vapor a valores
cercanos a los 120°F y/o 140°F La figura muestra el ducto de entrada del aire
atmosférico a un serpentín de calentamiento o precalentador, para ganar
aproximadamente 30°F de calentamiento y retirar la humedad. En algunas

48. 48
calderas este sistema está implementado por un TRC (controlador de
temperatura). Su control se ajusta pasa darle un diferencial de temperatura de
30°F a 40°F.
Fig. 6 Precalentador de aire con vapor
4.4.5 Sobrecalentador de vapor saturado
El sobrecalentador, es un equipo que ofrece una superficie de
intercambio de calor para elevar la temperatura del vapor saturado y
conseguir temperaturas de sobrecalentamiento, para cumplir los
requerimientos del proceso aguas abajo.
Entre las principales razones para realizar este proceso se tiene:
• Obtener un vapor seco.
• Mejorar la eficiencia total de la unidad
• Adecuar el vapor a las necesidades nominales del equipo que lo requiere.

49. 49
Una de las justificaciones más importantes para adicionar más temperatura al
vapor saturado es que, sobrecalentado, tiene menos tendencia a condensarse
en las últimas etapas de álabes de las turbinas. Aunque la ganancia en la
eficiencia total varía de acuerdo con la presión, se calcula que esta puede
estar alrededor del 3% por cada 100°F de sobrecalentamiento. Pero en
general, el sobrecalentamiento depende de las condiciones que exija la carga
que va a atender.
Los sobrecalentadores son de varias formas y tipos. La manera más práctica
de clasificarlos es teniendo en cuenta su posición dentro de la caldera.
Los sobrecalentadores tipo convección inicialmente se colocaron en la parte
de encima, o detrás, en la profundidad del banco de tubos generador de la
caldera, para apantallar los gases de mayor temperatura de la combustión.
Fig. 7 Sobrecalentador de vapor saturado

50. 50
4.4.6 Economizador
Cuando los gases de combustión dejan la zona de transferencia de
calor por radiación/convección, aún contienen calor que al no recobrarse,
causará pérdidas en la eficiencia de la caldera. Una sustancial porción de ese
calor puede recuperarse con la adición de accesorios intercambiadores de
calor, tales como el economizador (calentadores de agua dentro de la
caldera).
Una forma de recuperar calor de los gases de la caldera consiste en hacer
pasar por un intercambiador comúnmente llamado economizador, los gases
de combustión que recalientan el agua BFW (Boiler feed water), a una
temperatura cercana a la temperatura de saturación del agua dentro del
tambor de vapor.
La localización del economizador varía con el diseño global de la caldera. En
calderas donde no existe calentador de aire, como en muchas calderas
pequeñas de tipo estandarizado, los economizadores pueden instalarse en el
flujo de gases, entre la salida de gases de la caldera y el ventilador o
chimenea. Es conveniente que la ubicación quede de tal modo que los gases
fluyan hacia abajo del economizador, y el agua ingrese por la parte de abajo y
fluya hacia arriba a través de los tubos. Este diseño en contraflujo reduce a un
mínimo la superficie y las pérdidas de tiro del ventilador. El flujo de agua hacia
arriba elimina inestabilidad en el flujo da más uniformidad a la distribución de
gases y hace posible un apropiado uso como la vaporización del
economizador, lo que significa que algo de vapor es generado en una

51. 51
proporción del agua saliendo. En grandes calderas de altas presiones, en las
que se deseen altas eficiencias, los economizadores de bajas temperaturas
llamados de chimeneas frías, son colocados después del calentador de aire.
Fig. 8Economizador
El economizador recalienta el agua de alimentación BFW a una temperatura
aproximada a la temperatura de saturación del agua dentro del tambor de
vapor. Cuando no se usa economizador, el agua entra a la caldera más fría
respecto al agua del tambor, generando un enfriamiento relativo dentro del
tambor de vapor, por lo cual el sistema dentro del tambor debe recuperar la
temperatura, teniendo que volver a conseguir las condiciones de evaporación
en el tambor. Esto no sucede con la presencia del economizador y el sistema
se mantiene en condiciones de evapora continua, descargando un poco el
sistema de combustibles. El economizador permite mejorar la eficiencia total
hasta el 1%, por cada ID u 11°F de incremento en la temperatura del agua.
El economizador puede estar situado dentro de la caldera, aprovechando la
zona de convección o puede ser externo donde, por razones de espacio, no
se puede aplicar el arreglo anterior, o por aprovechamiento de flujos externos
de vapor gastado.

52. 52
4.4.7La chimenea
La Chimenea es el Conducto vertical disponible para llevar a la salida
final de la caldera los gases de la combustión. Las primeras calderas de tipo
industrial y los pequeños hornos de proceso, operaban con tiro natural por
efecto chimenea. El efecto chimenea es la diferencia de presión causada por
la elevación entre dos localizaciones en doctos que transportan gases
calientes por tubos verticales. Este efecto se da por convección.
Para grandes unidades de generación de vapor, equipadas con
economizadores, sobrecalentadores y en especial calentadores de aire, no es
práctico ni económico operarIas con el solo tiro de la chimenea, debido, a los
altos niveles de tiro que estos equipos deben manejar. Estas unidades
requieren ventiladores adicionales al efecto del tiro natural. La combinación de
tiro inducido y chimenea no es comúnmente utilizada.
La altura y diámetro de la chimenea, para unidades de tiro natural, tienen que
ver con:
• Las pérdidas de tiro a través de la caldera, desde el horno a la entrada
a la chimenea.
• La temperatura promedio de los gases que pasan hacia la chimenea y
la temperatura del aire en los alrededores.
• El flujo de gases requerido y
• La presión barométrica del lugar.

53. 53
En la chimenea deben controlarse los niveles de corrosión para evitar una
caída accidental, cuando la fuerza del viento empuje contra la corroída
estructura.
La chimenea adquiere gran importancia, debido a las regulaciones
ambientales. Las nuevas políticas de control ambiental sobre las emisiones y
control de partículas, hacen que la chimenea ahora tenga alturas mínimas.
Con el fin de hacer un control isodinámico de los gases de la combustión, las
regulaciones están recomendando alturas que hagan menos impactantes las
partículas a las poblaciones.
4.4.8 Sistema de extracciones de fondo y purga de la caldera
El sistema de purga continua y fondo, visto como un sistema de control
de calidad, se muestra en la figura siguiente. La primera, la purga continua,
que como su nombre lo indica es un drenaje continuo que se realiza a la
caldera, tiene como función el control químico del agua dentro de la misma.
La purga continua es un drenaje permanente que sale desde el tambor de
vapor y su función es mantener la calidad del agua en la caldera. Su flujo va
al tambor de purga continua, donde parte de la energía, se recupera por
efecto de flushing del agua caliente en un recipiente de este aun cabezal de
vapor, como recuperación de vapor.

54. 54
Fig. 9 Extracciones de fondo y purga continua
La otra purga llamada extracciones de fondo, se origina por la extracción de
los lodos desde el tambor inferior y descarga en el mismo tambor de purgas.
El agua pasa después por vasos comunicantes al otro tambor, que se conecta
a la atmósfera a través de un venteo superior y finalmente se descarga de
este último tambor al drenase de la planta.
4.4.9 El quemador
Las calderas industriales por lo general utilizan el gas y el diesel
combustible o un crudo como insumo energético. La capacidad de generación
de vapor de la caldera se mide por la potencia térmica que soporta el
quemador, manejando un determinado combustible por el número de
quemadores. Cuando existen quemadores duales para gas y combustóleo, no
se deben operar simultáneamente con los dos combustibles, ya que la
capacidad de soporte térmico es sólo para un combustible. De lo contrario, el
quemador se fundiría en sus componentes de acero y carbón.

55. 55
Los quemadores son los equipos encargados de suministrar y
acondicionar el combustible para que, mezclado con el aire en presencia de
llama, se obtenga una eficiente combustión. La llama de la combustión debe
ser estable, uniforme y de apariencia oxidante, de manera que se realice una
distribución adecuada de calor en el hogar. Normalmente una caldera viene
diseñada para operar con dos tipos de combustibles: gas y combustible
líquido o fuel oil, llamado también, combustóleo No. 6. La figura siguiente
muestra en la parte superior la pistola del quemador de aceite y en la parte
baja, el quemador de gas (dos tipos de anillo en la derecha, y de tipo lanza en
la izquierda. El tubo-guía del quemador de aceite, lleva un difusor en el
extremo de la boquilla del quemador, que en esta figura no aparece dibujado.
Fig. 10 Quemadores de petróleo
La atomización es el proceso responsable de pulverizar el combustible
líquido para hacer combustión. El difusor de aire, del dibujo adjunto, es un
elemento complementario al trabajo de los registros de aire. El anillo gas de la
derecha, ver figura, muestra en su parte interna además de los orificios de
salida, unas boquillas de mayor diámetro, denominadas spuds, que buscan

56. 56
mantener la confiabilidad del suministro de gas a la caldera por posibles
taponamientos de los orificios planos, debido a las impurezas que lleva el gas.
Esto le permite al quemador el manejo de los eventuales fenómenos del
efecto pulsación.
Quemador de gas
El quemador de gas es una cámara o anillo toroidal. Esta disposición
permite mayor confiabilidad de la operación del anillo al asegurar el flujo de
gas, aunque los orificios superficiales se taponen con el tiempo. Las boquillas
permiten al anillo operar sin mayor restricción de gas al quemador. El dibujo
del anillo de gas también muestra el tubo de admisión, junto al cual va una
junta de expansión que no se dibujó y que sirve para proteger el anillo del
sobre esfuerzo, cuando la caldera está en el proceso de expansión, al
calentarse inicialmente en su arrancada.
El gas combustible que sale por los orificios y se dirige, por la acción de
la rotación del aire de los registros, en forma tangencial hacia la garganta
(Ollas) del quemador, forma un cono de combustión que se esparce por el
horno en forma de energía radiante. La reacción química del aire y el
combustible, generan el desprendimiento de calor radiante y de convección.
El gas, por su naturaleza, es un combustible que requiere para cantidad de
aire, en comparación con el que requiere el combustible líquido. La
combustión con gas no produce mucho hollín ni cenizas y no hay tampoco
sales de azufre. En general, el gas combustible ofrece mejores garantías en
combustión que el combustible liquido, pues no se requiere de

57. 57
almacenamiento, ni calentamiento para la combustión; se requiere un bajo
mantenimiento de las superficies de transferencia de calor y se manejan bajas
frecuencias de deshollinado. El gas no necesita fluidos de atomización. El
costo del gas combustible, en general, es mayor que el del combustible
liquido, pero en el largo plazo su uso es más favorable económicamente, por
el bajo mantenimiento de las superficies de transferencia de calor.
Quemadores de aceite
El combustible líquido, por razón de su estado, debe ser atomizado
para incrementar la superficie de contacto del combustible con el aire y
facilitar el proceso de combustión. La atomización es el proceso que se
realiza para pulverizar en pequeñas gotas el combustible líquido y propiciar
que éste se convierta en microscópicas góticas de vapor combustible para su
adecuada combustión en un tamaño tal, que cuando hace ignición en la salida
de la boquilla, avanza por la zona de radiación como una pequeña bola de
fuego, consumiéndose hasta extinguirse antes de salir del homo Esta
pulverización se realiza generalmente con el vapor de agua producido por la
misma caldera, pero también se utiliza el aire como elemento de atomización.
Aunque el vapor produce una buena atomización, presenta como desventaja
que tiene un mayor contenido de agua en los gases de combustión. Como
característica de reducción del impacto ambiental, al atomizar con vapor el
proceso de combustión produce menor cantidad de óxido de nitrógeno, por
una menor temperatura de la combustión. El fuel oil, por ser combustible
líquido, requiere mayor cantidad de aire.

58. 58
Un elemento importante y complementario al trabajo de los registros de
aire, es el difusor de aire que, como ya se dijo anteriormente, sirve para
ajustar aire a la combustión en el quemador, ya sea cuando quema gas o
aceite. Este elemento montado sobre el tubo-guía da aire complementario o
secundado para estabilizar y dar forma a la llama.
La figura siguiente, muestra en la parte superior el quemador de aceite
armado, con el difusor en un extremo montado sobre el tubo guía. En la parte
baja de esta figura, se muestra el quemador de aceite con el difusor aislado.
También se muestra el quemador de aceite con las entradas del
combustible, aceite y vapor de atomización a la pistola en la parte baja de la
fig. 11.
Fig. 11 Ensamble del quemador de aceite
Pulsación de un quemador
Uno de los problemas desconcertantes asociados con los quemadores
de gas, y un poco menos frecuente en los quemadores de aceite, es la
pulsación del quemador. Este problema aparece como resultado de la

59. 59
combinación del tamaño de la cámara de combustión y de la configuración,
asociada con algunas características de los quemadores, quizá una mezcla
demasiado perfecta del combustible y del aire en el quemador sean la causa
de esta pulsación.
Fig. 12 Pulsador
Cuando uno o más quemadores de una caldera comienzan a pulsar, la
estructura global de la caldera se agila violentamente, como un fenómeno de
resonancia. Por lo general, haciendo un ajuste en un quemador, se detiene la
pulsación. A veces con menores ajustes del quemador, se elimina la
pulsación. No es conveniente permitir este fenómeno, por cuanto las tuberías
de la caldera pueden sufrir aflojamientos en los puntos de unión con los
tambores presentándose fugas de agua. En otras circunstancias, es necesario
alterarlos quemadores. Estas alteraciones podrían incluir la modificación de
los orificios de salida del gas combustible, de tal manera que se dirijan las
corrientes de gas entre sí, oponiéndose una contra otra o utilizando
dispositivos que alteren efectivamente la mezcla del gas con el aire. Para
evitar pulsaciones, los fabricantes incorporan las últimas novedades
disponibles dentro de los quemadores y del horno. Por ejemplo, las boquillas

60. 60
que se instalan en intervalos del anillo de gas, una frente a otra, ayudan a
evitar este fenómeno. Esto se conceptuó en el párrafo anterior. Un ligero
cambio en el flujo de gas de combustión puede eliminar la pulsación.
4.4.10 Ventiladores de aire/ gases
Aire de combustión
El aire de la combustión es proporcionado por los ventiladores de aire
forzado e inducido. El ventilador debe tener la capacidad de suministrar el
aire requerido para dar la capacidad de producción nominal de la caldera,
más un incremento por encima de lo nominal llamado capacidad de carga
pico. Esta capacidad extra se mide por lo general como el 10 % por encima
de la nominal por un determinado tiempo. Se conocen datos típicos de
calderas de 300.000 libras por hora, con picos de 25.000 libras por hora por
30 minutos. Esta capacidad pico busca tener un exceso de disponibilidad de
la caldera, en momentos en que otra de las calderas que opera, sale de
servicio y mientras se hacen los ajustes de parada, se utiliza esta
disponibilidad pico.
Los ventiladores de las calderas son de dos tipos: de tiro forzado y de
tiro inducido, el conjunto de ambos en la misma caldera se denomina tiro
balanceado. Los primeros son los responsables de forzar el aire de
combustión hacia la caldera. Los segundos succionan los gases desde el
horno hacia la parte externa de la caldera. Las calderas de tiro balanceado
requieren los dos tipos de ventiladores. Este esquema balancea los gases
de la combustión y el aire, de forma que mantiene la combustión en

61. 61
condiciones tales que la llama de los quemadores no golpea las paredes de
la caldera.
La posición o estrangulamiento del registro, le da al quemador su
propia condición de combustión. No todos los quemadores con el mismo
ajuste dan el mismo resultado sobre la combustión o se comportan igual. El
horno mantiene un estado de equilibrio de presión acondicionado entre la
combustión y su inventario de gases (presión y succión de ventiladores). Un
nuevo quemador que requiera la caldera o un aumento de carga, dependerá
de la condición de presión existente del horno, es decir, que la rata de
quemado de la caldera, con el nuevo quemador, no deberá exceder la
presión del horno a la capacidad máxima de carga nominal.
Cuando una caldera se encuentra operando en la condición nominal de
carga, su inventario de gases en el homo será tal que un incremento de
carga, acarreará una sobrepresión del horno, con el resultado de un
incremento del tiempo de residencia de los gases en la caldera, con posible
recalentamiento de los tubos. En estos casos, cuando existen tubos
fisurados o agrietados por otras consecuencias, puede producirse el daño de
la caldera.
4.5 DETERMINACION DE LOS PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO
Los calderos requieren de ciertas técnicas operativas para su correcto
funcionamiento. Estas técnicas consisten en controlar determinados
parámetros en los rangos adecuados, de acuerdo al tipo y capacidad de las

62. 62
calderas. En esta sección resumiremos algunos de estos parámetros y sus
rangos de funcionamiento, lo que posibilitará que el mantenimiento sea mas
eficiente y de menor costo.
4.5.1 ELEMENTOS PRINCIPALES PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UNA
CALDERA
Fuego: Debe existir un buen proceso de Combustión.
Agua: Deben existir rigurosos controles de su calidad.
Áreas de Intercambio de Calor: Los tubos y superficies de intercambio deben
estar en óptimas condiciones de limpieza.
a) Fuego
El proceso de combustión es de gran importancia en la operación de las
calderas, debe ser lo más optimo posible en cuanto a su consumo y además
amigable con el medio ambiente. Para que se dé el proceso de combustión es
necesario que exista un combustible, un comburente (aire) y un agente
externo que produzca la ignición (chispa), cuando esto ocurre se da una
reacción química del combustible con el oxigeno, para producir gases de
combustión y liberar energía en forma de trabajo y calor, la cual es
aprovechada en las calderas para evaporar el agua.
En la sección respectiva, se mostrará los diversos tipos de combustibles para
calderas con su poder calorífico inherente.

63. 63
b) Agua
El agua obtenida de ríos, pozos y lagos es denominada agua dura o agua
bruta y no debe utilizarse directamente en una caldera.
El agua para calderas debe ser tratada químicamente mediante procesos de
descarbonatación o ablandamiento, o desmineralización total, adicionalmente,
según la presión manejada por la caldera, es necesario controlar los sólidos
suspendidos, sólidos disueltos, dureza, alcalinidad, sílice, material orgánico,
gases disueltos (CO2 y O2), de no llevarse a cabo este tipo de tratamiento, la
caldera sufrirá problemas de incrustaciones, sedimentación, desgaste por
material particulado, etc., lo que disminuirá notablemente su rendimiento.
c) Superficie de intercambio de calor
La tubería por la que circulan los gases en las calderas pirotubulares o el agua
en las acuotubulares es fundamental para una eficiente transferencia de calor.
De la buena combustión y tratamiento de agua, así como de las características
físicas del material de intercambio de calor depende que el flujo de energía de
los gases de combustión hacia el agua sea lo más eficiente posible.
d) Características de la carga
Para el diseño de una unidad generadora de vapor, es necesario determinar
las siguientes características de la carga:
1. Carga mínima, normal y máxima.
2. Duración de cada una de esas fases de la carga.
3. Factor de la carga.
4. Naturaleza de la carga, constante o intermitente.

64. 64
El diseño determinará la capacidad de la caldera para sostener una
carga normal con una eficiencia alta, así como para responder a una demanda
alta y los cambios bruscos de la carga. Determinará también las pérdidas por
trabajo en vacío y la rapidez con la que la unidad puede calentarse hasta
hacer vapor a su plena capacidad. En las calderas de tamaño chico, es
posible seleccionar una unidad de fabricación estándar, que satisfaga más o
menos todas las condiciones requeridas; las unidades más grandes precisan,
casi invariablemente, una construcción individual.
e) Características del combustible
Las bases para el diseño de los mecanismos destinados a quemar, son
determinados por las cualidades del o de los combustibles que han de
emplearse. El diseñador tiene que considerar no solamente la clase de
combustible que se puede obtener, sino también su valor calórico y sus
propiedades. Debe también investigar las propiedades de las cenizas, inclu-
yendo:
 Punto de fusión de la ceniza,
 Pérdidas por combustible no quemado (carbón en la ceniza suelta y en los
desperdicios), y
 Presencia de azufre, vanadio y otros elementos extraños.
f) Sistemas de combustión
El tipo de equipo para quemar el combustible y el método de su aplicación,
impone las condiciones para el diseño del fogón en mayor grado; y en
proporción menor también para el diseño de la caldera. Los combustibles

65. 65
sólidos se queman en fogones mecánicos o en parrillas, en forma de polvo o
triturados. Los quemadores de aceite combustible se obtienen en numerosos
tipos que incluyen los de vaporización, rotatorios, de cañón, y los de
atomización por vapor o por aire. La capacidad del equipo de combustión o el
tamaño de la parrilla, determina la cantidad de combustible aplicable. Cada
método de combustión tiene sus propias necesidades y peculiaridades de
diseño. Los quemadores de aceite combustible, que son más pequeños,
requieren una cámara de combustión. Algunos quemadores mecánicos de
combustible sólido, precisan de un enfriador de escorias; otros necesitan
medios auxiliares para prevenir la coquización del combustible y las
dificultades provenientes de la conversión de cenizas en escoria.
g) Flujo de los gases
Para mantener la combustión es indispensable suministrar aire y desfogar los
productos de la combustión. La corriente necesaria de los gases es originada
por la diferencia de presiones entre el fogón y el punto de escape de los gases
de la caldera, o sea el tiro; éste se puede conseguir por medios naturales
(efecto de chimenea) o por medios mecánicos (ventiladores). El tiro por
elementos mecánicos puede ser originado por ventiladores de tiro forzado, de
tiro inducido, o de ambas cosas a la vez.
En adición a las necesidades teóricas, es indispensable suministrar exceso de
aire, para asegurar una cantidad suficiente de oxígeno para la combustión.
Este excedente puede variar, de un porcentaje abajo del 10% para quemar
carbón pulverizado, hasta 50% para alimentador de carbón o 100% para

66. 66
alimentación manual de combustible. El porcentaje del exceso de aire tiene
influencia sobre la capacidad de la caldera, la temperatura del fogón y la
eficiencia total de la unidad.
Los dispositivos del tiro comprenden el aire primario, el aire secundario, así
como los aditamentos para su correcta regulación y proporciones. La mezcla
íntima del combustible con el aire, es auxiliada en algunos casos utilizando
aire adicional por encima del fuego, cuando se opera con inyectores de aire o
de vapor.Unidades de alta eficiencia requieren el precalentamiento del aire de
la combustión, quedando la temperatura limitada únicamente por la capacidad
del equipo de combustión.
La resistencia por fricción crea una caída de presión a través de la unidad, que
determina la magnitud del tiro. Con regímenes de combustión altos, las nece-
sidades de tiro aumentan, requiriéndose motores más grandes para los
ventiladores o chimeneas de mayor altura. Sí la proporción de combustión es
extremada, una cantidad de combustible es arrastrada a través de los pasos
de la caldera y descargada por la chimenea. Si el humo, cenizas u hollín
constituyen una molestia, será necesario instalar colectores de ceniza o
modificar el método de combustión.
h) Agua de alimentación
El agua que se introduce a la caldera para ser convertida en vapor, recibe el
nombre de agua de alimentación. Si se trata de condensado que es
recirculado, habrá pocos problemas. Pero si es agua cruda, probablemente

67. 67
habrá necesidad de liberarla de oxígeno, precipitados, sólidos en suspensión,
sustancias incrustantes y oíros elementos contaminantes. La presencia de
ingredientes que provocan la formación de incrustaciones, espumas o arrastre
de agua con el vapor, afectarán desfavorablemente, en todos los casos, el
funcionamiento de la caldera. Para obtener eficiencias altas, el agua de ali-
mentación es calentada, generalmente, por medio de economizadores.
i) Fogón
La proporción de calor liberado y la temperatura sostenida del fogón, afectarán
a los materiales de las paredes del mismo y con tal motivo rigen su cons-
trucción, Si la temperatura o la erosión provocan una destrucción prematura
de las paredes refractarias, lo indicado será colocar paredes enfriadas por
agua. La cámara de combustión debe tener el espacio suficiente para
contener la flama. La forma del fogón se guía por el tipo de combustible a
emplear y por el método seguido para quemarlo. Es necesario tomar las
debidas providencias para mantener la ignición y la combustión de los gases
volátiles.
j) Fondo del fogón
La recolección y el retiro de las cenizas de una unidad alimentada con carbón
mineral, es una operación laboriosa. Los desechos pueden ser removidos a
mano en las calderas chicas o recolectados en tolvas en las grandes. En
algunas calderas de gran tamaño, es desfogada la escoria fundida por
sangrías. Para el manejo de las cenizas se usan botes, carretillas de mano,
camiones, góndolas de ferrocarril o transportadores neumáticos. La ceniza

68. 68
que se retira puede ser seca o apagada (mojada). A veces es sacada "en
bruto" (tal como sale) o las escorias se muelen. Con frecuencia se utiliza para
la fabricación de bloques o para balasto en las vías férreas.
La caldera
La función principal de la caldera propiamente dicha, es proporcionar
un medio por el cual el calor procedente de la combustión se transmita al agua
o al vapor que debe ser calentado. El objetivo que persigue el diseñador es
lograr la mejor disposición de la superficie de calefacción, de acuerdo con las
limitaciones en cuanto al espacio disponible y los arreglos necesarios en el
fogón y en los demás componentes. La superficie de calefacción requerida
depende de su clase, si es primaria, secundaria, de super calentamiento,
recalentamiento, economizador o de calentador de aire.
El tipo de caldera así como la presión y la temperatura de trabajo,
tienen gran influencia sobre el diseño. Una caldera de tubos de fuego
remachada, de baja presión, tiene bien poco de común con una planta para
servicio termoeléctrico de 351.5 kg/cm2
(5000 lb/plg2
) de presión. El diseñador
tiene como meta de trabajo la obtención de una eficiencia máxima al costo de
operación más bajo; o bien se propone conseguir un costo inicial mínimo.
Los requisitos de la calidad del vapor, afectan una parte del diseño de
la caldera. Si se requiere una calidad de 99.5%, se necesita vapor seco y
tienen que agregarse separadores de vapor. La necesidad de super
calentamiento o de recalentamiento afecta igualmente el diseño. Si no existe
objeción contra el vapor saturado o húmedo (como por ejemplo en una planta

69. 69
de calefacción), el diseñador omitirá el equipo de separación y súper-
calentamiento.
La circulación del vapor y del agua dentro de la caldera, es decisiva
para la efectividad de la superficie transmisora de calor. Los precipitados o
sedimentos tienen que depositarse en donde no afecten a la superficie
principal de transmisión de calor y de donde puedan ser evacuados por purga
o por limpieza periódicas. Deben tomarse previsiones para una purga
continua, ya desde el diseño. Algunas calderas necesitarán equiparse con
circulación forzada.
La cantidad de agua contenida en la caldera determina la rapidez con la que
puede calentarse para alcanzar las condiciones de evaporación (o producción
de vapor). Algunos sistemas de calefacción requieren un volumen grande de
almacenamiento, ya sea en la caldera misma, o en tanques de
almacenamiento de agua de alimentación. En las unidades de gran capacidad,
los diseñadores encuentran un incentivo para dar a las superficies de
calefacción las proporciones debidas para el uso óptimo de los niveles de
temperatura que pueden lograrse. En los tamaños chicos, las consideraciones
de carácter económico generalmente imponen la necesidad de buscar la
sencillez de la construcción.
Los materiales y los métodos de construcción están controlados por los
requisitos para el trabajo a presión y por el código ASME y de otras
instituciones estandarizadoras, como la DIN (alemana), para calderas y
tanques de presión.

70. 70
Calidad de operación de la caldera
La transmisión de calor no solamente tiene que ser económica, sino
también libre de defectos. Cuando se opere a alta capacidad, los costos de
mantenimiento y los periodos de parada, pueden ser excesivos y anular las
ventajas obtenidas en la operación inicial. Los requisitos de la limpieza y del
mantenimiento tienen que guardar un equilibrio razonable en relación con la
más alta eficiencia de transmisión de calor. Como las decantaciones de hollín
en estas calderas afectan seriamente la eficiencia, en el diseño se deben
tomar previsiones contra la acumulación de cenizas, hollín y escorias en las
superficies del lado del fuego, como también contra la acumulación de lodos,
incrustaciones y sedimentos en las superficies bañadas por el agua.
Los costos de atención, ya sea de ingenieros de operación o de
fogoneros, tienen que ser comparados con los de operación mecanizada. No
se puede esperar que una planta generadora de fuerza de gran capacidad,
pueda trabajar con la mínima atención que requiere una caldera residencial.
Es una condición indispensable que una caldera sea fácilmente
accesible para su mantenimiento, manejo y reparación por parte de su
personal normal de operación, así como para su fácil inspección por parte de
los inspectores de las compañías de seguros independientemente de su
tamaño, tipo o capacidad.
Es necesario, por estas razones, tomar providencias para facilitar la
limpieza de los tubos, química o mecánicamente, para el sopleteo del hollín

71. 71
residual y el lavado de las superficies del economizador y del calentador de
aire. El espaciamiento de los tubos debe permitir su reposición individual en
caso de fallas.
Si los aparatos e instrumentos de control automático permiten la
reducción del personal de operación, se justifica una inversión
aceptablemente alta para obtener una instalación lo más completa y
eficientemente mecanizada. La sencillez y la seguridad en el trabajo, son
factores de importancia vital, ya que no se obtendría ninguna ventaja de
mantener continuamente a un grupo de personal de mantenimiento reparando
equipos e instrumentos.
Para el ingeniero de operación, es de gran importancia que el equipo
tenga una absoluta seguridad de servicio continuo y que los repuestos se
obtengan fácilmente. La durabilidad es una cualidad indispensable para los
aparatos empleados en la combustión, como los quemadores y el equipo
correlativo, si es que se quieren reducir al mínimo los periodos de parada.
4.5.2 CARACTERÍSTICAS TECNICAS DE FUNCIONAMIENTO
Contenido de agua
Una caldera con un contenido grande de agua en relación con su
capacidad, necesitará un periodo largo para calentarse, especialmente si se
trata de una unidad de servicio intermitente con combustión automática. Esta
tardanza no es deseable, debido a que la caldera no puede ser co-
rrectamente controlada y su eficiencia anual será relativamente baja. A la

72. 72
inversa, si la caldera es demasiado pequeña, se calentará rápidamente (y
se sobrecalentará también), haciendo trabajar al quemador con ciclos
cortos que afectarán desventajosamente la operación de la unidad.
Las calderas para servicio doméstico que alimentan calentadores de
agua sin tanques de almacenamiento (instantáneas), deben tener un
volumen grande de agua. La reserva limitada de calor proporcionada por la
caldera y su contenido de agua, debe ser suficiente para satisfacer la
demanda durante todo el tiempo que necesite el quemador hasta sostener
dicha demanda. Las calderas con muy escaso contenido de agua,
presentarán dificultades para su control, porque los cambios de su
temperatura serán muy bruscos, lo que entorpece la acción de los
aparatos de control (debido al retraso por inercia).
Espacio para vapor
Es indispensable contar con un espacio adecuado de vapor para
impedir el arrastre de agua. El arrastre de espuma y agua ocurrirá siempre
que la caldera esté sucia, independientemente del tamaño de la cámara de
vapor.
La distancia vertical entre el nivel de agua y el cabezal debe ser de cuando
menos 457 mm (18 pulg). Otros factores que afectan las características del
arrastre de agua son:
a) El tamaño de la superficie de evaporación
b) El número y tamaño de las tomas de vapor y
c) El sistema de circulación de agua de la caldera.

73. 73
El tamaño de la cámara de vapor, debe estar de acuerdo con las demandas
de la carga. Una cámara de vapor insuficiente tiene un efecto nocivo para el
mantenimiento de la presión constante con cargas variables, lo que
ocasionará golpes, tanto en la caldera como en la tubería de vapor.
Tamaño del domo
El tamaño del domo de vapor y agua, depende de muchos factores:
a) Área del domo requerida para la conexión de los tubos.
b) Necesidades de la cámara de vapor.
c) Área necesaria para la superficie de separación del vapor.
d) Necesidades de espacio para los accesorios que van dentro del domo.
73
El tamaño de la cámara de vapor, debe estar de acuerdo con las demandas
de la carga. Una cámara de vapor insuficiente tiene un efecto nocivo para el
mantenimiento de la presión constante con cargas variables, lo que
ocasionará golpes, tanto en la caldera como en la tubería de vapor.
Tamaño del domo
El tamaño del domo de vapor y agua, depende de muchos factores:
a) Área del domo requerida para la conexión de los tubos.
b) Necesidades de la cámara de vapor.
c) Área necesaria para la superficie de separación del vapor.
d) Necesidades de espacio para los accesorios que van dentro del domo.
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El tamaño de la cámara de vapor, debe estar de acuerdo con las demandas
de la carga. Una cámara de vapor insuficiente tiene un efecto nocivo para el
mantenimiento de la presión constante con cargas variables, lo que
ocasionará golpes, tanto en la caldera como en la tubería de vapor.
Tamaño del domo
El tamaño del domo de vapor y agua, depende de muchos factores:
a) Área del domo requerida para la conexión de los tubos.
b) Necesidades de la cámara de vapor.
c) Área necesaria para la superficie de separación del vapor.
d) Necesidades de espacio para los accesorios que van dentro del domo.

74. 74
DESGASTE DE LA CALDERA DE VAPOR
Uno de los componentes de mayor aprecio en una industria y que
puede representar una buena parte de la inversión es la caldera.Existen
industrias o servicios, que quedarían colapsados por una falla en la caldera
hasta el punto de llegar a parar su producción, y su reparación o sustitución
podría representar un costo considerable en su presupuesto, por lo que es
esencial que la caldera opere en optimas condiciones.
Una caldera con un mantenimiento adecuado y con un tratamiento
químico adecuado en el agua de consumo puede llegar a operar sin
problemas durante 20 o más años.
Una caldera básicamente es un recipiente de acero donde se quema
un combustible y el calor generado en la reacción de combustión se transmite
al agua líquida y se produce vapor de agua.
Existen muchas variaciones respecto al tipo de caldera, presión de operación,
tamaño y capacidad, entre otros, pero todas las variantes y tipos de ellas
adolecen de los mismos problemas en lo referente a la calidad del agua, lo
cual afecta la vida útil y la operación de la caldera.
TEMPERATURA DEL AGUA.
Para evitar la condensación de humedad en las superficies exteriores
de la caldera, la temperatura del agua utilizada para llenarla, no debe ser
menor que la temperatura del punto de rocío del ambiente atmosférico
circundante.

75. 75
La temperatura mínima permisible del agua para llenar la caldera, es
de 21°C (70°F). El agua caliente se evita en las pruebas, por su tendencia a la
retrogresión; sin embargo, en las calderas de baja presión, se llega a emplear
agua hasta de 71°C (160°F) de temperatura. Para presiones de 500 Ib/pulg2
(35.15 kg/cm2
), la temperatura del agua no debe exceder de 32.2°C (90°F).
En épocas de frío deben tomarse precauciones contra la congelación del
agua.
TEMPERATURA DE LOS GASES DE ESCAPE
La temperatura final de los gases de la combustión (a la entrada de la
chimenea), está limitada por el punto de condensación (punto de rocío). Como
la condensación conduce a la corrosión, especialmente si el combustible tiene
un contenido alto de azufre, debe evitarse este punto de condensación. Visto
desde el lado práctico, la temperatura de salida debe estar por encima de este
punto, en cuando menos 28 a42°C (50 a75°F).
La recuperación de calor se torna costosa después de que los gases han
descendido a 260°C (500°F). Aquí hay un grado de conductibilidad de
recuperación tan disminuido, que es más ventajoso desperdiciar este calor
que tratar de recuperarlo. Como el uso de superficies de convección no es
práctico generalmente para los propósitos de recuperación, se emplean
economizadores y calentadores de aire. El uso de estos equipos es
económicamente práctico, solamente en plantas de fuerza (para producir
arriba de 22 680 kg/h [50 000 Ib/h] de vapor) con un factor de carga alto.

76. 76
LÍMITES DE LA PRESIÓN
Calderas de acero de tubos de humo.De 10.55 a 17.58 kg/cm2
(150 a 250
Ib/pulg2
), lo que depende de su diseño.
Calderas de acero acuotubulares.No existen prácticamente límites rígidos
para estas calderas, que se han construido para presiones hasta de 351.5
kg/cm2
(5 000 Ib/pulg2
).
Calderas de hierro colado. 1 kg/cm2
(15 Ib/pulg2
), para vapor; 2.1 kg/cm2
(30
Ib/pulg2
), para agua caliente (hasta 2.8 kg/cm2
(40 Ib/pulg2
) dentro de de-
terminadas condiciones), excepto en los calentadores de alta presión, que
pueden operar a presiones hasta de 11.25 kg/cm2
(160 Ib/pulg2
), si la
temperatura no excede de 121°C (250°F).

77. 77
V. RESULTADOS
PROCEDIMIENTO PARA MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y
CORRECTIVO DE CALDEROS E INSTALACIONES DE VAPOR
PARA REDUCIR LA OCURRENCIA DE FALLAS.
5.1 IMPORTANCIA DEL MANTENIMIENTO EN LOS CALDEROS E
INSTALACIONES DE VAPOR.
El caldero y las instalaciones de vapor constituyen en muchas
industrias, los elementos fundamentales para su funcionamiento. Así por
ejemplo en una planta de elaboración de conservas de pescado, todos los
procesos se inician en el funcionamiento del caldero y dependen siempre del
rendimiento de este equipo de y des respectivas instalaciones de vapor. Por
esta razón, es vital conservar la operatividad del caldero o caldera en las
mejores condiciones para poder obtener un alto rendimiento de la planta y
con ello una buena productividad.
La forma de conseguir este alto rendimiento es considerando un
moderno plan de mantenimiento y ejecutando este plan con las herramientas
y el personal adecuados. Con esta finalidad planteamos aquí muchas
acciones mejoradas de mantenimiento, basados en el análisis de casos y la
experiencia profesional.
5.2 CONTROL Y OPERACIÓN DE UNA CALDERA DE VAPOR
El control de los parámetros de función de la caldera y la operación de
la misma son aspectos cruciales para obtener buenos resultados y para
trabajar en condiciones seguras para el personal y para la planta industrial.

78. 78
En este acápite veremos muchas consideraciones para ejecutar
eficientemente estas acciones.
5.2.1 Selección de la caldera y variables de diseño.
Los tres elementos de funcionamiento de una caldera son: el fuego, el
agua y un conjunto de áreas de intercambio de calor. El seguimiento de las
pautas operacionales aplicadas a estos elementos podrá producir vapor/agua
caliente, en forma optima para la generación de energía de la manera más
eficiente y confiable posible.
Una caldera elemental de vapor es un equipo o vasija cerrada a
presión, en el cual un fluido es calentado para uso externo por la aplicación
directa de un combustible. De acuerdo a ASME (American Society of
Mechanical Engineers), una caldera de alta presión de vapor es aquella que
genera vapor a una presión mayor de 15 psig. Por debajo de esta presión,
son llamadas calderas de baja presión de vapor. Una caldera de presión
supercrítica opera por encima de la presión de 3.206,2 libras por pulgada
cuadrada absolutas (psig) y 705,4°F de temperatura de saturación. A esta
presión el vapor y el agua tienen la misma densidad, lo cual significa que el
vapor es comprimido tan estrechamente como el agua. Cuando esta mezcla
es calentada por encima de la correspondiente temperatura de saturación
(705,4 °F), se produce vapor sobre calentado y seco para trabajos de alta
presión. En este tipo de calderas, al no haber cambio de las fases líquidas y
vapor, no existe ningún nivel de agua, por lo cual no se requieren tambores de
vapor.

79. 79
Una caldera está conformada por subsistemas que permiten, mediante
el intercambio térmico entre una fuente de alto contenido calórico y el agua,
producir vapor con una calidad determinada por el proceso a servir. La fuente
de calor puede ser: un hidrocarburo sólido, líquido o gaseoso, los gases
residuales producto de otra combustión u otro fluido, o los gases residuales
con alto contenido calórico de otros procesos (co-generación).
Otros generadores de vapor más conocidos son: los rehervidores
recuperadores de calor o 1-IRSO (Heat Recovery Steam Generation), y los
hornos de calentamiento de hidrocarburos cuyos gases sirven para generar
vapor de proceso.
Variables de Diseño
Las variables de diseño de las calderas de vapor son múltiples, debido
a varios factores implicados en su selección, operación y servicios. Al escoger
uno de estos equipos se deben considerar algunos requisitos básicos como
son:
• La capacidad de generación de vapor.
• La temperatura y presión de operación.
• Las condiciones por calidad del agua de alimentación.
• Los combustibles disponibles.
• La calidad del vapor a servir.
• La seguridad y confiabilidad de su operación. La periodicidad del
mantenimiento.
• El tiempo de vida.

80. 80
• El acceso a todas sus partes para inspección/reparación.
• La disponibilidad de partes para reposición.
• Los costos de instalación y operación.
• El sitio de ubicación de la instalación (temperatura y humedad del ambiente).
• El espacio disponible pan su instalación.
Una vez se selecciona una caldera, se debe tener en cuenta los siguientes
parámetros, además de los mencionados anteriormente:
• Características de la carga. Variable, rangos y carga máxima, calidad del
vapor requerido.
• Tipos de combustibles.
• Diseño de quemadores de acuerdo a los combustibles y regulaciones
ambientales vigentes.
• Parámetros de calidad del agua % dureza, % hierro, % sílice.
• Variaciones previstas de a carga, % capacidad total.
• Futuros requerimientos, % por encima de la capacidad nominal.
5.2.2 Eficiencia
Optimizar el consumo de energía de una caldera, es incrementar la
eficiencia. El objetivo de una caldera bien diseñada, además de generar
vapor, es realizar el proceso de evaporación con la máxima eficiencia posible.
Se podría salvar mucho capital manteniendo la caldera en un nivel óptimo de
desempeño. Las hojas de registro de las variables de operación de la caldera
son un testimonio importante para evaluar su desempeño y ayudar con las
tendencias, para saber cómo puede afectarse la presión de operación de la

81. 81
caldera (para calderas de vapor), la temperatura de operación (para calderas
de agua caliente) y la temperatura de chimenea. Si la caldera posee dos
sistemas de combustibles, se puede evaluar el desempeño con cada uno de
ellos para conocer la eficiencia. Esta prueba se puede hacer en un día por
cada combustible. El mejor detergente limpiador en los tiempos de parada de
una caldera es la limpieza de sus superficies de intercambio de calor. Por
ejemplo, en un año dentro de una caldera se pueden formar con el hollín,
materiales no combustibles, minerales incrustantes y otros depósitos, capas
de aislamiento en la caldera de manera tal que se inhibe el intercambio
eficiente de calor. Una incrustación de solo 1/16 de pulgada de espesor, puede
incrementar el consumo de combustible en un 15% más. Un espesor de la de
pulgada, lo puede incrementar en un 20% y otro de 1/4 de pulgada, puede
incrementarlo en el 39%. Además, esto puede dar lugar a roturas que
aumentan las pérdidas por las forzosas paradas.
Igualmente, la eficiencia se mejora haciendo ajustes sobre el sistema
de combustión. Un apropiado ajuste del quemador no solamente mejora la
eficiencia de la caldera, sino que reduce los costos de operación y mejora la
confiabilidad del quemador y de la caldera. La frecuencia de ajuste del
quemador depende de variables como:
• El tipo de quemador
• El tipo de combustible
• El tipo de carga
• La temperatura ambiente
• Las variables climáticas y
• Las prácticas generales de mantenimiento.

82. 82
Cuando los cambios en esas variables ocurren, corresponden cambios en la
combustión, por ciertas razones. Un electrodo sucio puede causar que el piloto no
encienda. Una fotocelda Sucia puede causar que la llama se apague en el
quemador. Diferentes baches de aceite combustible pueden requerir ajustes de pre -
combustión por cambios en los puntos de chispa, viscosidad y otras propiedades en
el aceite combustible.
Un gran incremento en la temperatura ambiente (aire de combustión, 50°F),
puede causar un alto nivel de monóxido de carbono en los quemadores de gas, y
hollín en los quemadores de aceite. Por estas razones se deben ajustar los
quemadores y la combustión en forma permanente. El ajuste debe hacerse por
personal calificado que conozca el quemador y los ajustes que requiere la
combustión. Los días de ojo de buen cubero, ya pasaron; hoy se debe conocer por
medidas, los productos de la combustión, tales como el dióxido de azufre, dióxido de
carbono, monóxido de carbono y oxígeno, para verificar la apropiada combustión y
mantener la eficiencia óptima.
Los ahorros anuales (AAC) se calculan con el costo del combustible (CC) y los
ahorros de energía anual (AEA).
AAC=AEA x CC
Los combustibles pueden conseguirse con altos valores de poder calorífico
para optimizar la eficiencia que, además de los ajustes, y con un buen programa de
mantenimiento se consigue una operación óptima El programa debe incluir:
• Establecimiento de un ciclo de limpieza de los tubos.

83. 83
• Inspección del cabezote de los quemadores y de los orificios una vez al mes
con limpieza incluida, si es necesario.
• Frecuentes deshollinado
• Ajuste del exceso de aire, si es necesario.
• implementación de un procedimiento de purga para asegurar que las
frecuencias son apropiadas a la condición de la calidad de agua BFW (agua
de calderas). La siguiente ecuación describe el potencial de ahorros que
puede llevar- se a cabo:
AEA = GA x HVC x (l —n1/ n2)
GA = Galones de combustible por año
HVE = Poder calorífico del combustible en Btu/gal.
n2, n1 = Eficiencia anticipada de la combustión de la caldera y eficiencia corriente.
La tabla adjunta muestra los diferentes poderes caloríficos de los
combustibles comunes de calderas:
5.2.3 Ecuación de la Eficiencia
A continuación se muestra las variables globales que intervienen en
la eficiencia de una caldera. Definiendo de una manera sencilla, la
eficiencia (n), se mide como la porción de calor absorbido por el vapor de
salida, liberado en el horno de la caldera. La ecuación nos relaciona la
83
• Inspección del cabezote de los quemadores y de los orificios una vez al mes
con limpieza incluida, si es necesario.
• Frecuentes deshollinado
• Ajuste del exceso de aire, si es necesario.
• implementación de un procedimiento de purga para asegurar que las
frecuencias son apropiadas a la condición de la calidad de agua BFW (agua
de calderas). La siguiente ecuación describe el potencial de ahorros que
puede llevar- se a cabo:
AEA = GA x HVC x (l —n1/ n2)
GA = Galones de combustible por año
HVE = Poder calorífico del combustible en Btu/gal.
n2, n1 = Eficiencia anticipada de la combustión de la caldera y eficiencia corriente.
La tabla adjunta muestra los diferentes poderes caloríficos de los
combustibles comunes de calderas:
5.2.3 Ecuación de la Eficiencia
A continuación se muestra las variables globales que intervienen en
la eficiencia de una caldera. Definiendo de una manera sencilla, la
eficiencia (n), se mide como la porción de calor absorbido por el vapor de
salida, liberado en el horno de la caldera. La ecuación nos relaciona la
83
• Inspección del cabezote de los quemadores y de los orificios una vez al mes
con limpieza incluida, si es necesario.
• Frecuentes deshollinado
• Ajuste del exceso de aire, si es necesario.
• implementación de un procedimiento de purga para asegurar que las
frecuencias son apropiadas a la condición de la calidad de agua BFW (agua
de calderas). La siguiente ecuación describe el potencial de ahorros que
puede llevar- se a cabo:
AEA = GA x HVC x (l —n1/ n2)
GA = Galones de combustible por año
HVE = Poder calorífico del combustible en Btu/gal.
n2, n1 = Eficiencia anticipada de la combustión de la caldera y eficiencia corriente.
La tabla adjunta muestra los diferentes poderes caloríficos de los
combustibles comunes de calderas:
5.2.3 Ecuación de la Eficiencia
A continuación se muestra las variables globales que intervienen en
la eficiencia de una caldera. Definiendo de una manera sencilla, la
eficiencia (n), se mide como la porción de calor absorbido por el vapor de
salida, liberado en el horno de la caldera. La ecuación nos relaciona la

84. 84
potencia energética del vapor producto y la sumatoria total de la energía
que entra a la caldera.
.
100
100
vapor
BFW comb aire
Energia total del vapor desalida
n x
Energia total de entrada a la caldera
E
n x
E E E


 
La ecuación anterior relaciona la energía del vapor de salida de la
caldera, con la energía del agua de alimentación, del combustible
quemado y la energía del aire de la combustión.
Las entalpías dadas en las tablas de agua-vapor, se asocian con las
masas de agua y vapor respectivas de la ecuación anterior, para dar el
cociente expresado por la fórmula en % de la eficiencia. Las calderas
típicas de vapor operan a eficiencias entre 80 al 85 %.
Algunas equivalencias del trabajo de una caldera, pueden
expresarse en caballos de potencia o horsepower, libras por hora, BTU por
hora y para calderas de explotación de energía eléctrica, en megavatios
de electricidad. Las calderas de calentamiento pueden medirse en
caballos de potencia, libras por hora, y Btu por hora, pero su salida puede
también describirse en términos relativos al área de transferencia de calor
requerida para un espacio. Por ejemplo, pies cuadrados equivalentes de
superficies de radiación de vapor, es una medida del área de transferencia
de calor.

85. 85
Un caballo de potencia - caldera, (boiler-hp), es definido como la
evaporación de 34,5 lb de agua, a una temperatura de 212°F a vapor a
212°F. A 212°F y 0 presión manométrica, el calor de vaporización es de
970.3 Btu/lb, 1 boiler hp, es equivalente a 33.475 Btu/hr. Este vapor fue
comúnmente tomado como 10 pies cuadrados (ft2
) de superficie de
calentamiento de la caldera. Pero 10 ft2
de superficie de calentamiento de
caldera generarán de alguna manera desde 50 a 500 lb/br de vapor. El
término superficie de calentamiento, es también utilizado para definir o
relacionar la salida energética de la caldera. La superficie de
calentamiento de una caldera es el área expresada en fi2, expuesta a los
productos de la combustión.
Una comparación nemotécnica de la capacidad de salida de una
caldera basada en: caballos de potencia, superficie de calentamiento y
libras por hora de vapor, puede hacerse asumiendo una caldera con una
capacidad nominal de 500 Hp.
• La superficie de calentamiento seda 5.000 ft2
bajo la regla de 10 ft2
/ hp.
• La salida de vapor en libras por hora será: 500 x 34,5 = 17.250 lb/ hr.
• En una caldera de calentamiento de agua, la salida será: 500 x 33.475 =
16’737i00 Btu/h.
El pico de salida de una caldera, por un período de dos horas, es
usualmente del 10- 20%.
Un factor que afecta notablemente la eficiencia de la caldera son las
superficies de transferencia térmica. Los tubos de una caldera son

86. 86
afectados, internamente y externamente, por las impurezas del agua y los
gases de combustión. Estos tienden a depositarse y formar incrustaciones
en las paredes o a generar nodos de corrosión, que ponen en riesgo de
reducir la confiabilidad de la caldera. Se hace entonces necesario
mantener el agua dentro de la caldera con un tratamiento químico, para
minimizar éste y otros efectos indeseables que propician problemas de
calidad del vapor. Igualmente sucede por la parte externa de los mismos
tubos y en otros, como los del calentador de aire, cuando los gases de la
combustión, los afectan incrustándolos por los residuos sulfurosos,
especialmente.
5.2.4 Factores que afectan la eficiencia de una caldera
En general, la eficiencia se afecta por el ensuciamiento y corrosión de
las superficies de transferencia de calor. Estos depósitos son
determinados principalmente por los siguientes factores:
Tipo de combustible
• Carbón o combustible pulverizado.
• Combustóleo o cualquier otro combustible líquido (ACPM, alcohol, crudo
combustible u otros).
• Gas natural, LPG y otros.
Los combustibles líquidos en general se queman y consiguen esta
condición mediante la pulverización o atomización de las partículas
líquidas, formando nubes de vapor del combustible. Esta condición de
pulverización depende de varios factores, tales como el medio atomizarte

87. 87
(masa del médico mecánico de desintegración del combustible), la
viscosidad y/o la temperatura al momento de quemar. Si el material
combustible es sólido, dependerá de los ajustes en los martillos de
pulverización, de la humedad del carbón, de la cantidad de cenizas y
otros. El gas combustible es más sencillo de quemar y muy noble en el
desempeño eficiente de la caldera, por encontrarse en su estado natural
gaseoso y por no contener generalmente contaminantes.
Calidad del combustible
La calidad del combustible también es responsable por la eficiencia de las
calderas, dependiendo entre otros principalmente de:
• El contenido de azufre en el combustible
• El contenido de cenizas y temperatura de ignición
• El contenido de vanadio, sodio y otras sales presentes en el combustible
y
• El poder calórico del combustible
Las impurezas del combustible, como las mencionadas atrás (cenizas y
sales), son responsables del ensuciamiento de las diferentes zonas de
transferencia de calor, especialmente de las zonas frías, donde se
depositan los compuestos de bajo punto de guión. Los de alto punto de
fusión, como los vanadatos y sus sales, se depositan en el
sobrecalentador y las zonas de alta temperatura como la zona de
convección de la caldera y las tuberías del horno. En general los
compuestos de la combustión ensucian las calderas por su bajo punto de

88. 88
fusión: otras, por su característica de combinación con otras sustancias
para dar productos de alto punto de fusión y otras por su acción de
catálisis en las zonas frías. El azufre presente en el combustible líquido, al
quemarse, se transforma en anhídrido sulfuroso por la presencia del
oxígeno del aire de la combustión, pero resulta de mayor impacto, si su
exceso es alto. En presencia de agua, este mecanismo se inclina hacia la
formación del ácido sulfúrico.
Las zonas frías de la caldera, como el economizador y el calentador de
aire de combustión, son afectadas debido a las cenizas de bajo punto de
fusión y el vanadio, una sal presente en los compuestos combustibles que,
además de afectar las zonas calientes, cataliza la reacción química del
sulfuro para acelerar la conversión del anhídrido sulfuroso a ácido
sulfúrico. El proceso del vanadio, se hace más crítico cuando existen
excesos de oxígeno en la combustión, al reaccionar los trióxidos a
tetróxidos de vanadio por exceso de presencia del oxígeno.
Condiciones de combustión
Otro de los factores que afecta la eficiencia global del proceso de
vapor, son las maniobras de ajuste (maniobras del operador de la caldera)
en la combustión, pues de modo directo o indirecto afectan:
 El exceso de aire de combustión
• La longitud de la llama
• La turbulencia del aire/combustible a la salida del quemador (velocidad
de rotación del aire)

89. 89
• La turbulencia en el hogar
• La temperatura de combustión y
• La distribución del aire.
Los anteriores factores pueden tener efecto en mayor grado sobre la
calidad de la combustión. Esto se detallará más adelante en el aparte de
logística de operación de la combustión.
Si los responsables de la operación de una caldera enfatizaran las
acciones para minimizar el control de los dos mecanismos de
ensuciamiento anteriormente mencionados (limpieza interna y externa), la
caldera tendría una confiabilidad superior al 90 % de su desempeño
nominal.
5.2.5 Revisión de la caldera antes del encendido
La caldera, antes de su puesta en marcha, deberá someterse a una
rigurosa inspección para cerciorarse de que todos los sistemas están
debidamente instalados y ensamblados. Casi que el operador debería estar
en disposición de conocer el tipo de material de las partes críticas de la
caldera. Muchas empresas tienen a su cargo a operadores de caldera que
también realizan actividades de mantenimiento sobre los equipos que operan,
y por ello resultará más sencilla la agilización de revisión de los sistemas e
identificación de fallas.

90. 90
La revisión podrá iniciarse desde la sección aire-gases de combustión o
desde la sección agua-vapor. Los instrumentos y equipos de control se podrán
revisar de acuerdo a la dirección del flujo del proceso de la caldera.
Durante la revisión es importante que los instrumentos de la caldera estén
adecuadamente instalados de acuerdo a los niveles de medida. Por ejemplo, si la
presión de operación nominal de la caldera es de 150 Psi, los indicadores de presión
deberán estar dispuestos con carátulas de medición de 0-300 psi. Se hace la misma
recomendación con los instrumentos de temperatura. Es importante conocer la
posición de los instrumentos por sus etiquetas respecto a los diaflujos existentes. En
la arrancada, existe una normatividad sobre la acción de las válvulas abiertas o
cerradas, que debe aplicarse. Por ejemplo a la arrancada, las válvulas de
combustibles deben estar cerradas, por seguridad.
Antes de poner en servicio una caldera nueva o que ha estado durante un
tiempo considerable fuera de servicio, se debe realizar una completa revisión interna
y externa. Esta revisión se debe hacer por medio de las lisias de chequeo u hojas de
verificación (“checks list”) para comprobar que todo se encuentra debidamente
dispuesto.
Sección aire-gases de combustión (caja de aire)
• El equipo soplador y su equipo motriz, deberán haber sido probados
desacoplados, ajustados y acoplados nuevamente, verificando su estado de
operación en condiciones críticas y en condiciones normales Sus equipos
auxiliares de enfriamiento y lubricación, deben ser revisados para una

91. 91
operación adecuada y correcta. Sus sistemas de medición también deben ser
calibrados y disponibles para hacer control.
• Todos los ductos o pasos de gases y de aire, deben estar libres de cualquier
obstrucción. Los bafles de control del aire de combustión, deben estar
instalados en forma adecuada, de manera que no tengan obstrucciones.
 formas de reducir su impacto. Sin embargo, a todo lo anterior, se debe
anteponer primeramente las recomendaciones de operación del fabricante del
equipo.
 Cuidados en el arranque de una caldera.
 Las partes internas de la caldera deben estar limpias, libres de obstrucción y
en buena condición (estado de la tubería, alineamientos de los internos dentro
del tambor de vapor y otros).
 Los dampers (compuertas de regulación de flujo) y sus mecanismos de
control, deben ser revisados para comprobar que operan correctamente y que
sus indicadores de posición muestren la regulación correcta
• Los quemadores deberán ser cuidadosamente chequeados y probados para
la verificación de desgastes, estados de limpieza, posición de acuerdo a las
recomendaciones del fabricante y conservar suavidad en sus movimientos de
ajuste y regulación. Los alineamientos de fotoceldas e ignitores también
deberán ser revisados para un alineamiento adecuado. El chequeo del
aislamiento eléctrico del piloto de encendido (bujía) y la presencia de gas
combustible de encendido, debe revisarse también.
• Los pasos de los gases calientes y las zonas calientes de la caldera deberán
tener superficies limpias de materiales extraños, lo mismo que los ductos.

92. 92
• Chequeo al economizador y calentador de aire con todos sus sensores de
medición de flujo, presión y temperatura, para verificar que estén
correctamente instalados y sean confiables para su control. El deshollinador,
ubicado en la parre superior del calentador, debe ser revisado para un
correcto alineamiento, la limpieza de los orificios de descarga del vapor y el
estado mecánico, incluyendo la calibración de la válvula reguladora de control
de presión de soplado del vapor
• Los deshollinadores de la zona de convección, silos tiene, deben estar
instalados apropiadamente y alineados de manera que no haya riesgo interno
con los tubos de la caldera u otros elementos, que sean erosionados al
descargar los chorros de vapor en el momento del deshollinado.
• Buen estado de limpieza de la chimenea y los equipos de instrumentación de
medición, estos deben estar en buen estado de operación.
• Todas las compuertas de explosión, si las tiene, deben estar libres para
operar. Esto sólo se puede observar en calderas de tiro balanceado.
- Las calderas de tiro balanceado poseen ventiladores, tanto en la
descarga del ducto de gases (succión) como en la inyección de aire de
combustión a la caldera (forzado).
- Por lo general, el ventilador de tiro forzado (responsable de la inyección
de aire a la caldera), es de menor capacidad que el ubicado en la
descarga de gases de la caldera. Esta relación de fuerzas en el horno
se llama tiro balanceado. Cuando el ventilador de tiro forzado falla en
su operación, el ventilador de succión o tiro inducido, aunque con
mayor potencia de manejo de fluido, mantiene la caldera operando con
una reducción del 30 - 40% de su capacidad nominal de generación de

93. 93
vapor. Si por el contrario, el que falla es el tiro inducido, todo el sistema
de gases tendrá un presionamiento del horno, con un alto riesgo de
recalentamiento en los tubos de la caldera, el ahogamiento por
extracción de gases del horno, así como la posibilidad de rotura de los
tubos de la misma. En este momento, las defensas o protecciones de
la caldera serán las compuertas de explosión que se abrirán por efecto
del sobrepresionamiento y la caldera deberá parar.
Sección agua - vapor
• Las empaquetaduras de los tambores de vapor y de lodos, así como tos de
los handholes (orificios de mano para inspección), deben ser verificados en
sus materiales de elaboración. Deben ser adecuadas y estar en buen estado.
Los empaques en la sección de vapor sobrecalentado y de alta presión,
deben ser metálicos; para saturado de baja presión, los empaques deben ser
del tipo de asbesto.
• El interior del tambor de vapor debe ser verificado en sus internos, que
comparados con los planos de construcción, deben seguir un correcto
alineado y posicionamiento.
• Los tubos de inyección de químicos, deberán chequearse para una correcta
posición, de acuerdo al plano de construcción, revisando que sus orificios de
salida estén limpios de obstrucción, al igual que los orificios del tubo de la
purga continua.
• Los indicadores de nivel de vidrio, la botella de nivel, el sistema de corte de
nivel (apagada de la caldera) y el controlador, deben estar correctamente
dispuestos para su operación. Los indicadores de nivel de vidrio deben estar

94. 94
en lugares que sean visibles por los operadores desde posiciones remotas.
Los espejos para observación remota deben estar limpios y con alumbrado.
• Todas las compuertas de acceso y los manholes (orificios de ingreso), deben
estar cerrados herméticamente y con adecuados empaques.
• La línea de vapor de salida debe tener el sistema de calentamiento listo para
ser operado (calentamiento óptimo, junto con su válvula de no-retorno Válvula
de bloque de salida del vapor de la caldera).
• Las válvulas de seguridad en el tambor de vapor al igual que las del cabezal
de salida y de vapor sobre y recalentado, deberán cumplir todos los
requerimientos de operación (estar calibradas, probadas y con sus
componentes completos para la prueba) Estas deben haber sido revisadas y
probadas mecánicamente. En el sitio de instalación, deben tener su adecuada
identificación y estar listas para operar durante la prueba.
Una vez verificados los puntos anteriores, se inicia el arranque de la caldera con las
siguientes precauciones:
• Llenar la unidad con agua d alimentación a un nivel ligeramente por debajo
del nivel normal. El agua al calentarse crece en su volumen.
• El venteo de vapor (tambor de vapor) en el punto más alto de la caldera, debe
estar abierto (se extraerá el aire de la caldera).
• Los dos venteos de los pasos del supercalentador deben también estar
abiertos (se extraerá el agua).
Antes de arrancar la caldera debe asegurarse que el pH del agua dentro de ella sea
el mismo del agua que entra. Para conseguirse esto se debe hacer un relavado,

95. 95
extrayendo agua por un drenaje de fondo. Puede acelerarse el proceso extrayendo
por ambos lados.
5.2.6 Recomendaciones para una buena operación de la caldera
En las calderas industriales, si bien es cierto que su operación tiene un
considerable grado de automatización, también es necesario verificar
permanentemente que los parámetros establecidos sean los correctos y que
se mantengan durante toda la operación. Así mismo es importante la
verificación del estado de funcionamiento de las diversas partes y
componentes del caldero.
Pautas operativas en el horno u hogar
Un horno de paredes de agua, puede ser puesto en servicio más rápidamente
que un horno que esté conformado por refractarios. Normalmente, las unidades de
tamaño y presiones moderadas, pueden ser puestas en línea en una o dos horas, si
el resto de partes de la unidad lo permiten. Sin embargo, es recomendable utilizar un
tiempo razonable, tratando de seguir estrictamente las instrucciones del fabricante
de la caldera.
Debe cuidarse en la combustión para que la acción directa de la llama no
golpee sobre las paredes del horno. La circulación natural en una pared de agua
depende del diferencial de temperatura en la zona de convección. El cubrimiento de
grandes áreas de calentamiento, de cenizas y escorias en la parte baja o en el fondo
de la caldera, puede causar recalentamiento de los respectivos tubos, alterando la

96. 96
circulación del agua con alto potencial de falla, ya que el calentamiento será anormal
y heterogéneo en los tubos de la parte superior.
Como la rata de calentamiento es la que define la rata de circulación en
condiciones normales de operación, debe evitarse el recalentamiento por purgas
excesivas dc las paredes de agua. Si las válvulas de purga o extracción son
operadas anormalmente, la rata de circulación puede alterarse de tal manera que se
pueden producir serios daños en la tubería de la caldera.
Pautas operativas con el sobrecalentador
El sobrecalentador no tiene mucha actividad de operación durante la
condición normal de operación; en la arrancada se debe tener especial cuidado en la
maniobra de los drenajes de los dos pasos, que como lo recomendamos
anteriormente, deben estar abiertos pm-a la arrancada.
Durante la operación normal, al abrir uno de los drenajes del sobrecalentador
de inmediato se deriva a la atmósfera parte del vapor (hace un by-pass del otro
paso) y deja de circular vapor por los tubos aguas abajo, produciéndose el
recalentamiento y posible rotura por falta del vapor refrigerante. Las pautas
recomendables para operar las válvulas del drenaje del primer y segundo paso son:
Cuando la caldera está en proceso de arranque y luego que el tambor alcance
una presión de vapor de 35 psi y haber cerrado ya su venteo; entonces se cierra el
drenaje del primer paso del sobrecalentador. Cuando se incremente la presión en el
tambor 10 ó 15 psi adicionales, se cierra el drenaje del segundo paso manteniendo

97. 97
el venteo del cabezal de salida de vapor abierto. Nunca deberían abrirse estos dos
drenajes durante la operación normal del generador de vapor. El cierre de venteo del
sobrecalentador, luego del cierre de los dos drenajes antes mencionados, pone de
inmediato la caldera en línea de producción.
El exceso de aire afecta de manera diferente a cada tipo de sobrecalentador.
• En los de tipo de convección, un incremento en el exceso de aire eleva la
temperatura del vapor porque el flujo de gases sobre la superficie es más
grande.
• En los de tipo de radiación, este incremento del exceso de aire disminuye la
temperatura del vapor, porque la temperatura del horno mismo disminuye.
• Un incremento de la temperatura del agua disminuye la temperatura del
vapor, porque al aumentar la entalpía del agua se necesita menos
combustible, la cantidad o masa de gases disminuye el sobrecalentador
recibe menos calor.
• Los cambios de combustible afectan también la temperatura del vapor, porque
su contenido calorífico varía y porque tienen un efecto diferente sobre las
superficies de calentamiento.
Cuidados con el sobrecalentador
Debido a que en el sobrecalentador, la transferencia de calor entre los gases
calientes y el vapor por entre los tubos es pobre, la temperatura del metal, es a
menudo considerado lo más crítico en una caldera, porque la ausencia de flujo
produce resultados catastróficos. De ahí el grave riesgo de operas inadecuadamente
los drenajes del sobrecalentador tipo drenable, pues esto haría que se derive parte

98. 98
de la masa de vapor hacia el exterior de los tubos, quedando estos sin refrigeración
y con alto riesgo de fundirse.
Para proteger un sobrecalentador de altas temperaturas es importante
mantener un flujo de vapor a través de él. Todo el vapor generado por la caldera
debe pasar por el sobrecalentador de la unidad, sea de tipo radiante o de
convección. Sólo se puede alterar esta condición en los sobrecalentadores de tipo
fuego separado.
Aún cuando el sobrecalentador tenga flujo de vapor, la temperatura del vapor
se puede incrementar tanto, que la temperatura de metal también puede aumentar
hasta alcanzar un punto en el cual los tubos pueden dañarse.
Obviamente, para prevenir este daño, el calor absorbido por el
sobrecalentador debe ser transferido a la misma rata que es transmitida a su tubos,
por lo cual se debe mantener un flujo mínimo de vapor a través de ellos; la rata de
flujo debe ser suficiente para compensar la rata de entrada de calor.
Sobrecalentador
Fig. 13 Sobrecalentador.

99. 99
Durante el calentamiento o caldeo, es esencial mantener el sobrecalentador a
una rata moderada y controlada de fuego. También es importante que el calor sea
distribuido uniformemente sobre su superficie.
La distribución uniforme del calor es importante especialmente en
sobrecalentadores de tipo no drenable, pues en ellos, al momento de la arrancada,
es necesario evaporar toda el agua formada durante las inspecciones y el
mantenimiento, que no es posible sacar por la ausencia de drenajes. Se requiere
entonces de un flujo de vapor a través de todos los tubos, de lo contrario, el flujo de
vapor ocurrirá sólo a través de aquellos tubos que están completamente libres de
bloqueos de agua La sección seca del tubo, o de los tubos, puede ser seriamente
afectada, inclusive hasta el punto de rotura, debido a que no hay vapor refrigerante
circulando por ellos.
Un sobrecalentador puede ser averiado, si el procedimiento de arrancada no
es manejado de manera cuidadosa. En la práctica, se han dañado, cuando la
caldera está siendo puesta en servicio y ocurre un descuido en el manejo de sus
válvulas de drenaje. Esto puede ocurrir por olvidos en el cierre de las válvulas de
drenaje de las secciones intermedias, quedándose la parte final del sobrecalentador
sin vapor refrigerante. Obsérvese en la figura anterior, las válvulas de drenaje y de
venteo del sobrecalentador.
El acero usado en los tubos del sobrecalentador es seleccionado para una
condición específica de temperatura. Ejemplo: cuando una caldera está diseñada
para producir vapor de 800°F a máxima carga, en el sobrecalentador se usa un

100. 100
acero austenítico indicado para esa temperatura, pero se debe recordar que bajo
severas condiciones, se pueden producir temperaturas mayores de 800 °F con daño
en sus tubos. El uso de aleaciones para altas temperaturas no necesariamente
permite el abuso o sobrecalentamiento de alguna parte de la caldera.
Cuando por fallas en el control de nivel llega agila o espuma al
sobrecalentador, estas llevan consigo sólidos y otras impurezas; la humedad que
llega se evapora y las impurezas se depositan en los tubos. Esto crea un efecto
aislante, que produce una temperatura de metal del tubo mucho más alta que Jade
un tubo limpio. Este es el inicio de una falla en los tubos.
El diseño del sobrecalentador establece una caída de presión definida entre la
entrada y la salida en operación normal. Esta caída de presión asegura una igual
distribución del vapor a través de cada tubo o elemento, que lo conforma.
Cuando se requiere una gran cantidad de superficie de calentamiento, se
diseñan sobrecalentadores multipasos para asegurar una equilibrada distribución del
vapor.
Cuando se tienen trampas en los cabezales del sobrecalentador, se debe
dejar una línea by-pass del mismo tamaño que la conexión, para ser usada en los
períodos de arrancada.En los sobrecalentadores donde la temperatura es
controlada, desviando una parte de los gases de combustión, es esencial el uso
apropiado de éste, durante el período de arrancada. Si éste es del tipo drenable, la
válvula de bloque del by-pass debe ser abierta total o ampliamente.

101. 101
Sobrecalentador - seguridad operacional - impacto ambiental
La operación del sobrecalentador es riesgosa cuando existen problemas de
alto nivel de agua en la caldera. El descontrol del nivel de agua, por encima del nivel
normal, propicia el que se generen arrastres de líquido hacia el sobrecalentador, que
al operar a temperaturas del orden de los 800 °F, produce una evaporación
instantánea: como vimos en la sección de tablas dé vapor el agua cambia 1,672
veces el volumen al evaporarse, dando como resultado el disparo a la atmósfera de
las válvulas de seguridad del sobrecalentador.
Variación de temperatura del vapor sobrecalentado
El control de temperatura del vapor sobrecalentado es uno de los factores
importantes para lograr una operación adecuada de la caldera. La temperatura del
vapor tiende a variar como resultado de condiciones de operación tales como:
cambios en el control de nivel del tambor de vapor, cambios en el exceso de aire,
temperatura del agua de alimentación, tipo de combustible, así como también, del
estado de limpieza de las superficies de transferencia de calor.La variación de la
temperatura del vapor es una variable crítica cuando alimenta turbinas de vapor,
especialmente las de generación de potencia eléctrica. Generalmente, los
fabricantes de turbinas dan unos márgenes muy estrechos de tolerancia por
variación de la temperatura de salida del vapor. Algunos datos típicos de fabricantes,
por ejemplo, dan 15 minutos en un año como tolerancia máxima, con variaciones de
más o menos 10°F, lo cual nos dice lo crítico que resulta el cambio de temperatura
del vapor en una caldera respecto a su duración por fuera del rango nominal.

102. 102
Pautas operativas del calentador de aire
Logística de operación
La figura siguiente, detalla el flujo del intercambio del aire y los pases de
combustión. Es conveniente que este equipo tenga montado directamente sobre la
placa superior, a la salida de los gases fríos, un sistema de limpieza preferiblemente
con vapor seco y con retracción hacia el exterior. Posiblemente, este equipo es uno
de los puntos más críticos en la confiabilidad de la caldera, ya que su no existencia
acelera el taponamiento de los tubos de la sección de gases, lo que condiciona la
continuidad de la operación de la caldera.
El origen de estos taponamientos es la presencia de humedad ambiental y
agua de la combustión, que en presencia de los componentes sulfurosos presentes
en los gases de combustión, generan ácido sulfúrico en las zonas frías de la caldera.
Adicionalmente, las cenizas y los compuestos de la combustión, con los compuestos
sulfurosos húmedos, producen taponamientos y celdas de corrosión en los tubos del
calentador. El sistema de limpieza o deshollinado con vapor seco y el control de
temperatura, evita que los gases tengan temperaturas inferiores a la del punto de
rocío del ácido sulfúrico, asegurando la no presencia del ácido en las partes frías del
calentador. De esta manera se mejora la confiabilidad de la caldera y se logra un
incremento de los tiempos de operación (2 a 14 meses antes de una reparación
general).
Calentador de aire
Fig. 14 Calentador de aire.

103. 103
El aire frío entrando por la parte superior izquierda del dibujo de la figura No.
14, empujado por el ventilador, recorre externamente los tubos calientes del
calentador, ganando calor, mientras que los gases calientes, lo pierden. Los gases
sajen finalmente a la atmósfera a una temperatura mayor a la del punto de rocío del
ácido sulfúrico, para controlar el ensuciamiento y la corrosión por materiales
sulfurosos.
Calentador de aire - mantenimiento y control ambiental
Luego de un período de operación, la presencia de los compuestos sulfurosos
producidos por los combustibles líquidos, contactan con el agua de la combustión y
las cenizas residuales, produciendo taponamiento en la parte interna de los tubos
del calentador en su recorrido hacia la chimenea.
Este taponamiento se va observando con el tiempo, en los indicadores de tiro
(presión en pulgadas de agua) de la salida de gases a la chimenea, cuando se va
incrementando la presión o tiro en la entrada de gases al calentador, al igual que la
temperatura de gases, significando que el calentador se está taponando, lo cual
quiere decir que algo anormal está ocurriendo. Por ejemplo, inadecuada limpieza del
calentador ocasionando por baja presión del vapor de deshollinado, o por el
desajuste de recorrido del deshollinador, o por bajo flujo de vapor por descalibración
en la válvula de control de vapor, por vapor húmedo, o diferente presión del vapor o
baja temperatura promedio en el calentador (promedio de temperatura del aire en el
calentador y la temperatura de los gases en el mismo).

104. 104
En operación, es posible hacer un mantenimiento superficial del calentador
para retirar estos residuos a fin de extender el tiempo o corrida de operación. Por lo
general, un enjuague con solución alcalina de carbonato de sodio liviano al 5 % en
volumen, es suficiente para ayudar a disolver los taponamientos de cenizas y
compuestos residuales de la combustión al contacto con la solución alcalina. Este
enjuague se puede hacer con la caldera en caliente, pero fuera de servicio. Es
importante que la caldera tenga en la parte baja del calentador un piso metálico que
colecte la solución neutralizada. Un drenaje en la parte más baja permite retirar con
conexión de manguera los residuos líquidos, al final de la limpieza. Con un pH de 5.5
en el drenaje de la solución resultante, puede darse por terminada la limpieza.
Es importante la disposición correcta de la solución final de esta limpieza
(solución ácida), que debe ir a una piscina de neutralización para tratamiento y
neutralización con soda en escamas, basta lograr un pH neutro antes de enviarlo al
cuerpo de agua final.
Temperatura en el calentador de aire
La recuperación final de calor en la caldera tiene lugar en el calentador de
aire. Allí, la temperatura de los gases de combustión es rebajada hasta un valor muy
cercano al punto de aparición de las primeras gotas de ácido sulfúrico (dew point),
temperatura donde, con la humedad presente, se empieza a condensar el ácido
sulfúrico. Este punto es el límite más bajo de temperatura de operación del
calentador. En zonas con alturas de 100 metros sobre el nivel del mar; se ha medido
el valor en el que aparece el ácido en chimeneas o zonas frías de calderas de 275 a
285 °F Esta es la mínima temperatura, por ejemplo, a que podría trabajar el

105. 105
calentador de una caldera en la salida de gases. De otra forma, se ocasionaría una
corrosión en la chimenea en forma acelerada.
Ahorros de energía
El gráfico adjunto (Fig. No. IV- 6) muestra la temperatura del aire de
combustión y el ahorro de energía en % que se conseguiría. Si realizamos este
proceso de manera que a temperatura de salida del calentador de aire pase de 400
a 500 °F, el ahorro de energía será del 2.5 %.
Fig. 15 Grafico de ahorro de combustible
Ejemplo: una caldera quema combustible líquido (aceite residual) para producir
200.000 lb/hora de vapor de 750°F y 415 Psia. ¿Cuál será el ahorro si su calentador
recupera calor desde los 500°F hasta los 400 °F, con una eficiencia de caldera del
80 %? El costo del galán de combustible es de US$ 0.261.
Solución: Con los datos del vapor (masa de vapor y poder calórico del mismo)
obtenido por tablas, se calcula la energía de salida. Con la eficiencia de la caldera,

106. 106
se obtiene la energía de entrada. Esta energía corresponde a la energía del
combustible quemado. Dei gráfico de ahorro de energía se obtiene el porcentaje de
ahorro que se le aplica al volumen calculado de combustible y se valora entonces el
volumen ahorrado al precio dado.
Energía de salida: de tablas, fa entalpía del vapor de 750 °F y una presión de 415
psia, se obtienen 1.408 Btu/Ib, es decir que la energía de salida de la caldera será la
masa por su entalpía.
(P.T) = (415 psia, 750 °F) = 1.408 Btu/lb
Energía de salida = 200.000 lb/h x 1408 Btu/lb = 2,81 x 108
Btu/h.
Energía de entrada = 2,81 x 108
Btu/108
= 3.52 x 108
Btu/h.
La energía del Combustible = 6,3 x 106
Btu/barril.
Luego; la masa del combustible a quemar será:
(3,52 x 108
Btu/h) / (6,3 x 10 6 Btu/barril) = 0,5587 x 102
barriles/h
Entonces el flujo de combustible a la caldera será:
0, 5587 x 102
b/h x 42 g/b = 2.346,66 g/h = 39,1 gpm.
La disminución de combustible será del 2,5 % (500-400) °F, es decir, 0,025 x 39 gpm
= 0.975 gpm
La reducción del costo por año será:
0,975 x 60 min/hora x 24 horas / día x 365 días faño = 512.460 galones.
US$ /año de ahorro será: 512460 g/año x US$ 0.261/gal. = 133.75K US$/año
Como puede verse, significa un ahorro alto por año: 134 mil dólares.
El uso de calentadores de aire, en unidades que consumen combustibles comunes
como carbón, gas o aceite, producen un incremento en su eficiencia cercano al 2.5
por cada 100°F en que se disminuya la temperatura de los gases de chimenea.

107. 107
Clasificación de los calentadores de aire
Los calentadores de aire se clasifican, de acuerdo a su operación, como
recuperativos y regenerativos. Los calentadores de aire tipo recuperativo
generalmente son de tipo tubular, como el de la figura No. IV- 5 referenciada
anteriormente.
Los factores que definen el tamaño del calentador son entre otros: el arreglo
de los pasajes de aire y gases, el espacio disponible para el calentador de aire y,
desde el punto de vista de la limpieza, el tipo de combustible quemado.
Generalmente entre menor sea el diámetro de los tubos, más compacto será el
calentador y habrá más espacio disponible. En la práctica, para calderas
estacionarias, se utilizan muy comúnmente tubos de 2 y 2 ½ pulgada de diámetro
externo y donde el espacio es limitado, se usan de 2 y 1 pulgada de diámetro; El tipo
recuperativo generalmente es de tubos rectos y el intercambio se realiza en
contraflujo. Para obtener más superficie de calentamiento pan un volumen dado, el
espacio de tos gases se hace tan pequeño como sea posible, dentro de los límites
requeridos para la limpieza.En un diseño recuperativo, el calor es transferido
directamente desde los gases calientes desde un lado del calentador, al aire en el
otro lado del calentador.En el regenerativo, el calor es transferido indirectamente,
desde los gases calientes, a través de un medio de almacenamiento de calor
intermedio.
Cuidados con el calentador de aire
Los calentadores de aire requieren atención durante la operación,
especialmente los de tipo tubular; se deben observar ciertas precauciones básicas.

108. 108
1. La temperatura de gases, saliendo del calentador, no debe aproximarse
demasiado al punto de rocío de formación del, ácido sulfúrico; si esto sucede,
los gases que entran al calentador pueden generar la condensación de los
gases sulfurosos e inicias el proceso de corrosión y ensuciamiento en esa
zona “fría”.
2. Cuando se quema combustóleo o aceite fuel oil No. 6, crudos combustibles u
otros pesados, el ensuciamiento es más acentuado por la presencia le sales
de vanadio y sodio, que catalizan la acción acelerada de formación de
sulfuros.
A los deshollinadores que manejan la limpieza de los calentadores, deben
observarse con especial cuidado, asegurándose que el fluido de limpieza, sea seco.
La alta humedad da como resultado severo ensuciamiento del calentador y en
algunos casos, el uso de vapor húmedo incrementa la humedad en los gases,
aumentando los niveles de corrosión y el ensuciamiento del calentador.
Existen unos límites de experiencia de temperatura mínima de metal, pasa evitas la
corrosión. La figura 16, muestra estos valores de acuerdo al combustible utilizado.
Fig.16 Límites de temperatura de metal para evitar la corrosión en calentadores

109. 109
En el gráfico de la figura 16 vemos la temperatura mínima del metal del
calentador y el % de azufre depositado de acuerdo al combustible quemado. Por
ejemplo, si se quema un crudo en la caldera, observamos que tenemos un rango de
220 a 240°F para operar el calentador de aire de la caldera. Se toma el valor más
conservador y determinamos el valor mínimo a que debe operar la chimenea y
calentador de esta caldera como 240ºF.
Pautas a tener presente con la caldera en operación respecto al calentador
Se debe controlar principalmente:
• El sistema de quemadores para detectar fallas de combustión. Los materiales
no quemados taponan el calentador.
• El control químico del agua dentro de la caldera. Las incrustaciones en los
tubos de la caldera, elevan la temperatura de gases de combustión a
chimenea.
• Los amperajes de consumo de los motores de los ventiladores de aire contra
su capacidad de generación de vapor nominal. Un incremento del amperaje
es señal de taponamiento del calentador.
• Los excesos de aire de combustión, continuamente vigilados para controlar un
mínimo de impacto ambiental de la combustión. Se incrementa el potencial de
corrosión del calentador.
• Las condiciones de operación de los combustibles. Se controla la eficiencia de
la combustión y así la operación del calentador.
• Durante las operaciones de limpieza de la caldera (deshollinado), se debe
observar uno a uno cada deshollinador o soplador de vapor, para verificar su
correcta operación. El calentador tiene su propio deshollinador.

110. 110
• Se deben registrar periódicamente todas las variables que sean susceptibles
de cambios, para un control total de la operación en el tiempo.
Hemos mencionado que el desempeño de una caldera depende directamente
del estado de las superficies de transferencia de calor, por lo cual, los tubos
exteriores e interior, deben permanecer razonablemente limpios de hollín, cenizas o
depósitos.
Un incremento en la pérdida de tiro a través de la unidad, indica usualmente
superficies Sucias en las partes enemas de la caldera, lo que se manifiesta en un
incremento de temperatura de salida de gases de combustión, cuando la
temperatura del agua de alimentación es normal. Sin embargo, en calderas de tiro
inducido una compuerta de explosión abierta o una grieta considerable, se reflejará
en la pérdida de tiro y baja temperatura de salida de gases.
Un eficiente control del tratamiento químico interno del agua de la caldera
controla los depósitos, así como las incrustaciones dentro de los tubos. Un
descontrol en estos parámetros lleva rápidamente a la caldera a un daño y su salida
de servicio.
La frecuencia en el deshollinado para la remoción de depósitos en las zonas
exteriores de la caldera, depende en gran medida de la calidad de los combustibles.
Cuando se opera con combustibles líquidos, además del ajuste permanente que
debe hacerse en el sistema de control de combustión, se debe deshollinar al menos
tres veces al día para mantener una adecuada limpieza en las zonas frías de la
caldera. Esta situación está determinada también por la experiencia de los

111. 111
operadores. Se recomienda en calderas que utilicen gas como combustible, que su
limpieza o soplada sea una vez por día, mientras que si quema petróleo residual Nº.
6, debe hacerse cada 8 o 12 horas de operación.
El ensuciamiento interno de los tubos de agua, es un factor que afecta la
eficiencia de la caldera, por la formación de depósitos o incrustaciones dentro de los
tubos, que no sólo reduce la eficiencia, sino que puede causar la falla del tubo por
sobrecalentamiento.Una breve explicación del mecanismo de ensuciamiento se
presenta aquí. El tubo se incrusta y corroe por la parte externa y es en ese punto
donde se calienta en su parte exterior, por no ceder calor hacia el interior del tubo,
pues el depósito lo impide.
Fig. 17 Ensuciamiento de los tubos lado agua
La zona de la pared del tubo incrustado se recalienta hasta la formación de un
nodo de corrosión y ensuciamiento, que debilita la pared del tubo, adelgazándolo
hasta romperlo. Lo anterior sólo puede evitarse usando agua de alimentación de
buena calidad y un tratamiento interno adecuado, con correcto control de los

112. 112
químicos dentro del agua de la caldera. Por la parte externa, la rutina de uso de los
sopladores de hollín es muy importante para mantener las superficies limpias.
Los diseños de la caldera determinan la confiabilidad de la operación, antes que se
dé una reparación general. Usualmente con combustibles líquidos, las corridas de
operación pueden alcanzar hasta 12 meses antes de una reparación general. Con
gas, las corridas confiables pueden alcanzar hasta 16 meses de operación continua.
Control de Combustión - Pautas operacionales
El operador debe inspeccionar con frecuencia el horno y hacerlos ajustes
necesarios en el equipo de campo de combustión. Principalmente, se debe verificar
el estado general de la llama en los quemadores. Si quema petróleo diesel, debe
analizarse su condición 3e temperatura y viscosidad y la diferencial de atomización,
que normalmente debe operar entre 10 y 30 psi, por encima de la presión del
combustible.
Otra variable a controlar es la opacidad de la llama, que debe ser oxidante y
con excesos de aire del 8 al 10 %, cuando quema combustible líquido. El
alargamiento de la llama en el horno debe ser controlado, para evitar el llamado
golpe de llama sobre la pared frontal que recalienta los tubos. Esto puede
controlarse por la posición del difusor del quemador. Existe una longitud disponible
como tolerancia para ubicar la pistola de aceite y conseguir el mejor ajuste de su
posición para lograr el estado óptimo del horno. La condición de operación sobre el
sistema de regulación y control de la caldera se explica en el capítulo siguiente.

113. 113
Purgas o extracciones de la caldera
Las purgas y extracciones de agua de una caldera tienen como objetivo
mantener la calidad dentro de la misma para una óptima calidad del vapor ganado.
Se sugiere interpretar el concepto de purga desde el punto de vista de confiabilidad
de la caldera lado-agua. Una extensión de este, concepto será el impacto ambiental
y el ahorro de energía.
Actualmente existen tratamientos químicos de agua de calderas que reducen
el flujo de las purgas debido al desarrollo de nuevas formulaciones de
acondicionadores y dispersantes químicos, haciendo que los minerales indeseables
dentro de la caldera, se mantengan inocuos o dispersos.
Los productos de la interacción de los químicos con los elementos minerales
de la caldera, se retiran a través del sistema de purga llamado purga continua, que
debe tener un flujo mínimo al exterior. Típicamente, estos controles oscilan de 3 al 5
% respecto al flujo de agua entrando al tambor de vapor. Las extracciones de fondo
o purgas temporales, se utilizan para el control puntual o desconcentración de los
lodos formados del tratamiento, por ejemplo, o para controlar la acumulación diaria
de lodos del tratamiento. Estos manejos empiezan a ser vistos como factores
potenciales de ahorro de energía y reducción del impacto ambiental: el vapor de las
purgas contamina por temperatura y ruido, el medio ambiente. Una purga de fondo
(tambor de lodos) es puntual y sólo mejora los niveles del parámetro a controlar,
como la dureza y la sílice, también puntualmente; estas variables se controlan
eficazmente mediante la purga continua, como se vio en el capítulo anterior.

114. 114
Existe una tendencia del personal de operaciones a controlar, por ejemplo, la
sílice con purgas puntuales o intermitente, cuando esto debe hacerse con purga
continua Las válvulas principales de purga de una caldera están usualmente
conectadas en los puntos más bajos del circuito de agua, esto es, en el tambor de
lodos. El propósito de las válvulas de purga en el tambor de lodos, es controlar la
concentración de sólidos en la caldera mediante la expulsión del agua que contiene
esas impurezas.
Las paredes de agua no deben ser purgadas sino en condiciones de cambio
fuerte de producción de vapor mayor del 15 %, a menos que la unidad esté
operando a una producción extremadamente baja, y aún en estos casos, la purga o
extracción no debe ser prolongada. Lo deseable es evitar la extracción en los
colectores de las paredes de agua lo más posible. Cualquier cambio de carga brusco
genera desprendimiento de sólidos por el incremento o disminución de la velocidad
de circulación del agua en las paredes, propiciando que estos sólidos dentro del
tambor, se fisguen hacia el sobrecalentador y posteriormente hacia el equipo que
sirve, generando ensuciamiento grave lo que repercutirá, con el tiempo, en pérdidas
de producción.
Ahorro de energía por purgas
A continuación se muestra en el siguiente cuadro: Costo de purgas, la
diferencia de costos de operación de dos calderas con igual producción de vapor e
idéntico control de purga.

115. 115
Costo de Purgas.
La caldera de la derecha del cuadro por operar presiones altas (850 vs 300
psig) condiciona la calidad del vapor, por lo cual se deben incrementar sus purgas
dando incrementos de costos como las mostradas en la tabla (36.480 vs 49.850
US$/año).
Se define purga de agua a una extracción de agua de la caldera en forma continua o
esporádica. La purga continua, se hace desde el tambor de vapor, con el fin de
buscar la desconcentración de parámetros químicos del agua de la caldera. La
purga intermitente, o extracción de fondo, se hace desde el tambor de lodos, lo que
permite sacar puntualmente los lodos ya formados o desconcentrar puntualmente la
caldera.
Operación de las válvulas principales de purga
El esquema tandem de disposición de válvulas, para la purga tiene como
finalidad proteger la caldera de una parada prematura a mantenimiento. Si falla (por
escape o pase) la válvula # junto al tambor, como lo muestra la figura No. JV-9, se
debe parar la caldera para reparar el problema, o cambiar la válvula. Si el daño es

116. 116
en la válvula # 2, sólo se cierra la válvula # 1 y se repara o cambia ésta, mientras la
caldera sigue operando. Para lograr este esquema, se sacrifica la válvula # 2, en
provecho de mantener la caldera operando. Esto es lo que se denomina tándem.
Para un manejo seguro de estos sistemas de purga, se recomienda que la
disposición de las válvulas de extracción sea utilizada de modo que se tenga una
operación continua y confiable. Uno de los criterios más aceptados de seguridad y
experiencia establece que el uso de las válvulas debe ser limitado, tanto como sea
posible, a la válvula exterior, manteniendo la interior siempre abierta, por lo que en
una emergencia por daño de la última (la más utilizada), ésta puede ser reparada
cerrando la interior, sin parar la caldera. Esto significa que la válvula interior debe
cerrarse sólo luego del cierre de la válvula exterior (válvula 2). Un escape en la
válvula externa puede controlarse con el cierre hermético de la válvula interior
(válvula 1). La válvula externa podrá ser reparada con la unidad en operación.
Por otra parte, estas válvulas tienen la característica de poseer un cierre rápido, por
lo que hacen efectivo su manejo cuando se tenga la necesidad de controlar
rápidamente un escape o pérdida de nivel.
Cuando se tiene establecido el uso de ambas válvulas en tándem, el
procedimiento que se sigue para confiabilidad de la operación es el siguiente:
Si se va a realizar una purga de la caldera, se abre primero la válvula 1, ligeramente,
hasta que el fluido ocupe el asiento de la válvula exterior. Luego se abre totalmente
la válvula 1 y posteriormente la válvula 2. Se deja fluir la purga de acuerdo a las
condiciones de operación; al terminarse el proceso de purga, se debe bloquear
primero la válvula 2 (externa), que recibe el esfuerzo de cambio de presión y por
último la válvula 1. Lo anterior hace que todo el esfuerzo de cambio de presión

117. 117
recaiga sobre la válvula externa 2. La figura No. IV- 9, muestra la disposición de las
válvulas.
Control al impacto ambiental y ahorro de energía
Los esquemas convencionales de las plantas térmicas llevan el producto de
las purgas hacia un tambor llamado tambor de purgas, el cual se conecta
directamente a un colector de vapor gastado, con el fin de recuperar parte de la
energía del agua de la caldera relativa a la purga, como vapor de flashing hacia el
colector. Aquí se recoge algo así como el 20 % de la energía que se convierte en
vapor de baja presión. Posteriormente por reboce de este tambor, el agua saturada
pasa a otro tambor atmosférico que descarga el vapor y el agua al ambiente. Esta
contaminación térmica puede controlarse descargándola hacia sistemas que
requieran agua sin mucha calidad. Por ejemplo, una experiencia que se ha venido
usando, es enviar estas aguas a la piscina de un sistema de enfriamiento,
ahorrándose agua y confinando el afluente contaminante. Se debe evaluar el
balance térmico de la ganancia de calor en la piscina con el manejo económico de la
restitución de esa agua.
Fig. 18 Sistema de purga continua

118. 118
La purga continua, es responsable de la calidad y pureza del vapor, por
cuanto su abertura permanente tomada del tambor de vapor (exactamente por
debajo del nivel normal de la caldera), remueve rodos los sólidos en suspensión. De
esta manera se asegura que la alta concentración de sólidos dentro del tambor, esté
a merced del tubo de salida de la línea de extracción continua. Este control se
realiza por medio de una válvula reguladora de extracción en la parte externa del
tambor, controlando los sólidos en el tambor de vapor a límites permisibles,
asegurando la calidad del vapor.
La figura No. 18, muestra el esquema de esta disposición, en donde la válvula
de purga continua calibrada junto al tambor, extrae agua saturada del tambor y la
lleva al tambor de purga, el cual sirve de pulmón de acolchonamiento, recuperando
vapor por flash. Del tanque de purga intermitente, llamado así porque recibe la purga
del tambor de lodos, se extrae el líquido que queda, producto de la recuperación del
vapor por flash y por la columna de agua de éste, la corriente pasa al tanque
siguiente, que opera a la atmósfera para terminar de enfriarse por flash al ambiente.
El agua en condiciones ambientales fluye por último a la alcantarilla, o por razones
ambientales a un sistema de recuperación de agua caliente.
Flash significa en este caso evaporación instantánea. El agua del tambor de vapor
de la caldera está a presión de operación y al llegar al tanque de purga que opera a
baja presión, se vaporiza hacia ese colector, generándose vapor a la presión a la
que está el tambor de purga. La cantidad de vapor flasheado depende de la abertura
de la válvula de control de purga continua.

119. 119
5.2.7 Sistema de protección – Bloqueo permisivo
Los bloqueos permisivos son contactos eléctricos que actúan para detener
una secuencia lógica de actividades en un circuito eléctrico. Un ciclo de purga o
barrido de gases en una caldera, es el proceso de extraer por barrido con aire, todos
los gases que puedan estar presentes en el homo y otras partes de la caldera,
evitando el riesgo de explosión durante la operación de encendido. El programador
debe tener la habilidad de manejar los procesos interactuando con el operador a
través de un sistema de información, sobre permisivos que vayan apareciendo para
su normalización. Las acciones que ejecuta el programador, se reportan vía
despliegue electrónico o de un tablero de luces indicadoras en un panel. La purga,
típicamente tiene, una duración de 5 minutos a condiciones dadas de presión de aire
(especificado por diseño) como descarga del ventilador de tiro forzado. Para esta
operación todas las válvulas de combustibles deben estar cerradas, situación que
controla el programador de encendido por intermedio de bloqueos o micro
interruptores eléctricos colocados en cada una de las válvulas de suministro de
combustibles al horno. Por ejemplo, si una cualquiera de las válvulas de combustible
está abierta, el programador no permite seguir la secuencia del proceso de purga. El
tiempo de purga es controlado por un relevador eléctrico ajustado para 5 minutos. Al
inicio de la purga, el programador debe haber verificado condiciones mínimas de
flujo y presión de aire de combustión al horno y que todas las válvulas de
combustibles estén cenadas. El relevador de purga controla el tiempo. Al final del
ciclo, el programador da aviso de terminación de la purga, para iniciar el proceso de
encendido. En este momento se asegura que no existen combustibles dentro de la
caldera que puedan generar una explosión durante el encendido.

120. 120
El bloqueo permisivo verifica que la condición de riesgo ha terminado y se
puede proseguir la secuencia. Las condiciones que controlan el proceso de bloqueo
pan seguridad de encendido requieren que:
• Todas las válvulas manuales y de control de gas y/o aceite a quemadores.
estén cerradas.
• Todos los registros de aire a quemadores estén abiertos 100 %.
• Estén en operación uno o más ventiladores.
• Se haya establecido flujo de aire mínimo a través de la caldera.
• Las válvulas principales de corte de gas y de aceite estén cerradas.
• Las válvulas de as de encendido a quemadores estén cenadas, (gas a
pilotos.)
• El nivel del tambor de vapor sea normal.
Puede haber otros bloqueos adicionales a los anteriores, dependiendo del
diseño de seguridad, por ejemplo, del voltaje normal de las barras al panel de control
eléctrico. Si cualquiera de las condiciones anteriores no se cumple, el relevador de
purga, regresará para dar señal de fallo de purgo hasta que el operador corrija la
fallo, para reiniciar la secuencia.Una vez terminada la purga de gases, se da un
tiempo mínimo para hacer un intento de encendido del primer piloto de un
quemador. Es decir, se da tiempo para aplicar gas de ignición al piloto del quemador
(por lo general 10 segundos). Si este enciende, se pueden manipular las válvulas
principales para encender el quemador respectivo, aprovechando que ya está el
piloto encendido.

121. 121
El detector de llama será el bloqueo definitivo que asegura que el quemador
quedo en buenas condiciones de encendido. Los detectores de llama indican la
presencia de la llama del quemador o del piloto.
El encendido del siguiente piloto se hace de la misma forma.
Una vez terminados los encendidos piloto - quemador, se harán ajustes al
sistema de aire de combustión desde el tablero de control y en el campo con los
registros de aire, de acuerdo con la condición de llama del horno.
Las condiciones de seguridad supervisadas por el programador, una vez está
en operación la caldera y que producen decisiones de disparo, son:
1. Parada de ventiladores o bajo flujo de aire.
2. Pérdida de presión de aceite o gas en su cabezal y/o quemadores.
3. Baja temperatura en el combustible líquido. (Apaga el circuito de aceite
solamente)
4. Bajo nivel en el tambor de vapor (alarma o parada de la caldera).
5. Alto nivel en el tambor de vapor (produce alarma).
6. Presión excesiva en e] hogar. (Parada de caldera)
7. Operación manual del selector de emergencia. (Parada de caldera)
8. Pérdida de todos los fuegos / falla total de llama. (Parada de caldera)
Las razones 1,2 y 3 buscan evitar la formación de una mezcla explosiva en el
hogar. Su aparición produce el disparo de la caldera o de los quemadores. Las
razones 4 y 5 son aconsejadas por los fabricantes para producir el disparo total de la
caldera y evitar daño en los tubos, especialmente cuando se trata de unidades

122. 122
grandes.La razón 4, parada de la caldera, se produce en caso de roturas severas de
tubos o fallas graves de agua EFW. El disparo por la razón 6, obedece a sobrecarga
de la caldera. El disparo de emergencia apaga la caldera y se hace manualmente
por el operador desde el panel de control.
En la figura No. 19 (el dibujo de esta figura debe interpretarse como un
diagrama lógico funcional solamente), describe, por ejemplo, una rama del
subsistema del gas y tiene los siguientes elementos (en la parte de arriba), válvula
de corte de gas y la de control del mismo. La primera posee un sistema de
realimentación que cierra la válvula de corle por sobrepasar los límites permisibles
de la presión normal. La válvula de control está regulada desde la sala de control y
no tiene relación con el programador. Se observa también, en la misma figura, el
sistema de nivel del tambor de vapor y el control de aire como subsistemas
complementarios de este programador de seguridad de encendido. El aceite tiene la
misma disposición de líneas como el del gas y del agua; también tiene los
respectivos dispositivos de bloqueo y supervisión.
Además del sistema de seguridad de encendido, el programador es un
supervisor de la operación de la caldera, pues cuando se violan los límites
permisibles de los parámetros de operación, el programador toma acción. Por
ejemplo, si el gas combustible opera entre 3 y 5 psi, el límite mínimo de presión
ajustado a 2 Psi, lo vigila un interruptor de presión (swirch pressure), en tal forma
que si un quemador de esta caldera opera por debajo de este ajuste mínimo, de
inmediato el quemador se apagará, asegurando que no hay llama y no debe
continuar entrando gas caldera ya que puede generar una explosión con el calor de

123. 123
las paredes del b Igualmente sucede, por ejemplo, con el tambor de vapor. Si ocurre
un bajón debajo de un punto ajustado mínimo, el sistema, como lo muestra el
diagrama lógico operará sobre las dos ramas de los combustibles, el gas y el aceite.
Fig. 19 Programador de encendido de la caldera
5.3 MÉTODOS EFICIENTES DE MANTENIMIENTO CORRECTIVO Y
PREVENTIVO
5.3.1 Procedimiento de limpieza del sistema de vapor
Muchas calderas se deterioran al ponerse en contacto con contaminantes
del sistema, como selladores de tubería, aceite de corte y rebabas o virutas de
metal. Muchos contratistas utilizan una caldera nueva para calentar y “curar” un
edificio en construcción. Se debe tener especial cuidado para que durante este
uso inicial de la caldera el contratista proporcione adecuado tratamiento del agua.
Los propietarios pueden recibir una caldera dañada o incrustada por el mal uso
que le dio el contratista. Además, conforme nuevas zonas entran en el sistema,
123
las paredes del b Igualmente sucede, por ejemplo, con el tambor de vapor. Si ocurre
un bajón debajo de un punto ajustado mínimo, el sistema, como lo muestra el
diagrama lógico operará sobre las dos ramas de los combustibles, el gas y el aceite.
Fig. 19 Programador de encendido de la caldera
5.3 MÉTODOS EFICIENTES DE MANTENIMIENTO CORRECTIVO Y
PREVENTIVO
5.3.1 Procedimiento de limpieza del sistema de vapor
Muchas calderas se deterioran al ponerse en contacto con contaminantes
del sistema, como selladores de tubería, aceite de corte y rebabas o virutas de
metal. Muchos contratistas utilizan una caldera nueva para calentar y “curar” un
edificio en construcción. Se debe tener especial cuidado para que durante este
uso inicial de la caldera el contratista proporcione adecuado tratamiento del agua.
Los propietarios pueden recibir una caldera dañada o incrustada por el mal uso
que le dio el contratista. Además, conforme nuevas zonas entran en el sistema,
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las paredes del b Igualmente sucede, por ejemplo, con el tambor de vapor. Si ocurre
un bajón debajo de un punto ajustado mínimo, el sistema, como lo muestra el
diagrama lógico operará sobre las dos ramas de los combustibles, el gas y el aceite.
Fig. 19 Programador de encendido de la caldera
5.3 MÉTODOS EFICIENTES DE MANTENIMIENTO CORRECTIVO Y
PREVENTIVO
5.3.1 Procedimiento de limpieza del sistema de vapor
Muchas calderas se deterioran al ponerse en contacto con contaminantes
del sistema, como selladores de tubería, aceite de corte y rebabas o virutas de
metal. Muchos contratistas utilizan una caldera nueva para calentar y “curar” un
edificio en construcción. Se debe tener especial cuidado para que durante este
uso inicial de la caldera el contratista proporcione adecuado tratamiento del agua.
Los propietarios pueden recibir una caldera dañada o incrustada por el mal uso
que le dio el contratista. Además, conforme nuevas zonas entran en el sistema,

124. 124
se requiere la limpieza de ellas para evitar daño a la caldera. Se debe utilizar so-
lamente una caldera para llevar a ebullición un sistema.
La limpieza mejora un sistema de calefacción de vapor o de agua caliente.
Una fase importante al terminar la instalación de calderas se descuida con
frecuencia en las especificaciones. Usualmente no se hace ninguna previsión
para limpiar el sistema. Algunas veces se drena para efectuar cambios o ajustes,
pero nunca se limpia en realidad. El arquitecto, ingeniero o contratista, selecciona
las calderas para diversas instalaciones y la selección puede representar el mejor
sistema; pero siempre será mejor si es un sistema limpio.
Cómo saber si un sistema necesita limpieza. Hay síntomas definidos de un
sistema sucio. A continuación se presenta una lista típica de puntos por verificar.
Si cualquiera de los puntos es positivo, el sistema necesita limpieza.
 Agua obviamente sucia, oscura o con coloración.
 Gases expulsados por los respiraderos en los puntos altos en el área de
calefacción que se encienden y arden con una llama azulada casi invisible.
 Una prueba de alcalinidad de pH que da una lectura de prueba por debajo de
7. (Un pH inferior de 7 indica que el agua en el sistema es ácida).
Sin importar lo cuidadosamente que se haya instalado un sistema, ciertos
materiales extraños entran al sistema accidentalmente durante la construcción,
por ejemplo, sellador de tuberías, aceite para cortar cuerdas, fundente de
soldadura, preventivos contra la corrosión, compuestos contra herrumbre, arena
gruesa, escoria de soldadura y suciedad, y arena o arcilla del sitio de trabajo. Por

125. 125
fortuna, las cantidades de estas materias suelen ser pequeñas y no causan
dificultades. Sin embargo, en algunos casos pueden ser cantidades suficientes
para descomponerse químicamente durante la operación del sistema y causar la
formación de gas y acidez en el sistema de agua. En la mayor parte de los casos
los sistemas' de -agua caliente;-- operan naturalmente con un pH de 7 o más
alto. La condición del agua puede probarse rápidamente con papel Hydrión, que
se utiliza de la misma forma que el papel tornasol excepto que proporciona
lecturas específicas de pH. Una tabla de colores en el lado del pequeño paquete
de Hydrión da las lecturas en unidades de pH. Un sistema cuya prueba indica
ácido (por debajo de 7 en la escala, algunas veces tan bajo como 4) tendrá
usualmente los siguientes síntomas:
 Formación de gas (problema de aire).
 Problemas en sellos y prensaestopas de la bomba.
 Pegamiento fuga en el respiradero
 Operación frecuente de las válvulas de alivio.
 Fugas en las juntas de la tubería.
Una vez que ésta condición existe, los síntomas continuarán hasta que la
situación se corrija mediante la limpieza del sistema. Muchas veces, debido a la
formación de gas, se agregan respiraderos automáticos en todo el sistema para
intentar poner remedio. El uso excesivo de respiraderos automáticos puede
invalidar la función del sistema de eliminación de aire, ya que las pequeñas
cantidades de aire que entran deben devolverse al tanque de expansión para
mantener el balance entre el colchón de aire y el volumen de agua.

126. 126
Si se permite que un sistema se deteriore con las fugas resultantes y con
crecientes pérdidas de agua, pueden ocurrir serios daños en la caldera. Por lo
tanto, la principal consideración es mantener un sistema cerrado que esté limpio,
neutro y hermético al agua.
Cómo limpiar un sistema de calefacción. La limpieza de un sistema (ya sea
con tubería de acero o de cobre). Los materiales para la limpieza se encuentran
fácilmente en el mercado. Los materiales más recomendables para la limpieza
son fosfato trisódico,carbonato de sodio y el hidróxido de sodio.
La preferencia es según el orden en que se han nombrado, y las sustancias
deben utilizarse en las proporciones citadas; es posible utilizar una solución de
un solo tipo en el sistema.
 Fosfato trisódico, 1 kg por cada 100 galones
 Carbonato de sodio, 1 kg por cada 60 galones
 Hidróxido de sodio, 1 kg por cada 100 galones
El sistema se llena y ventea y se hace circular perfectamente la solución de
limpieza, permitiendo que el sistema alcance las temperaturas de operación.
Después de que la solución ha circulado durante unas horas, el sistema debe
drenarse por completo y volverse a llenar con agua limpia. Por lo general, parte
del limpiador se adherirá a la tubería para dar una solución alcalina satisfactoria
para la operación. Es preferible una lectura de pH entre 7 y 8, y puede agregarse
una pequeña cantidad de limpiador si es necesario.

127. 127
Un sistema neutro limpio nunca debe drenarse excepto para una emergen-
cia o para dar, servicio al equipo que lo necesite después de años de operación.
La solución anticongelante en el sistema debe probarse cada año, como reco-
miendan los fabricantes del anticongelante que se utilice. Sin duda alguna, el
sistema limpio es el mejor sistema.
La caldera y la bomba de circulación se aíslan con válvulas, y se hace
pasar agua a través de las zonas sucesivas del sistema, para que arrastre las
virutas, suciedad, compuestos- de unión, etc., hasta el drenaje. A esto debe
seguir un lavado químico. La remoción de las virutas de tubos y otros
desperdicios antes de operar las válvulas de aislamiento de la caldera y de la
bomba ayudarán a proteger este equipo contra el daño que pudieran causar
estos desperdicios. Después de que ha terminado este proceso de enjuagado, se
realiza el procedimiento usual de poner en ebullición.
Precauciones:
Cuando se enciende una caldera por vez primera (o se arranca después de
reparaciones o inspecciones), se puede observar que aparecen vapor y agua co-
mo un penacho blanco en la descarga de las chimeneas o como condensado en
los lados de fuego de la caldera y servicios. Generalmente, esta condición es
temporal y desaparecerá después de que la unidad alcance su temperatura de
operación. Esta condensación no debe confundirse con la cauda de la chimenea
que ocurre cuando la caldera está operando durante tiempo extremadamente
frío.

128. 128
Cuando se requiere apagado frío de una caldera, debe permitirse que la
unidad se enfríe por un periodo de 12 h, hasta que pierda su calor en la
atmósfera. No se recomienda enfriamiento forzado, que tal vez afloje tubos en las
placas de tubos o cause otros daños a las partes de presión.
5.3.2 Mantenimiento preventivo del quemador
Un programa planeado de mantenimiento preventivo es una ruta directa a la
operación segura y confiable de la caldera. Las calderas se suministran con el
equipo diseñado para el quemado del combustible el cual debe mantenerse
a través de un programa regular y minucioso de mantenimiento para asegurar una
condición satisfactoria de operación. Las boquillas de aceite, encendedores,
electrodos y partes internas del quemador deben verificarse como parte de un
programa regular de mantenimiento mensual. Los ajustes de la distancia disruptiva y
las aberturas de sus boquillas, así como sus dimensiones generales deben
verificarse para comprobar su desgaste y limpieza. Las instrucciones específicas y
los métodos de limpieza, métodos de ajuste y dimensiones particulares están
contenidos en el manual de instrucción proporcionado por el fabricante de la caldera,
que puede ser enriquecido con adecuaciones específicas en cada caso.
El mejor método para mantener debidamente un programa planeado de
Mantenimiento preventivo es llevar una bitácora diaria de la presión, temperatura y
otros datos de los medidores, lo mismo que la información sobre el tratamiento de
agua. En el momento en que aparezca una variación en las lecturas normales, la
dificultad puede analizarse y corregirse rápidamente para evitar problemas serios.
Por ejemplo, una unidad que quema aceite y muestra una caída en la presión del

129. 129
aceite puede indicar que una válvula reguladora está fallando, un colador taponado,
una fuga de aire en la línea de succión, o problemas en alguna otra parte del equipo
en la línea del aceite. Una disminución en la temperatura del aceite puede indicar
mal funcionamiento de los controles de temperatura o fallas en el elemento de
calentamiento.
Por ejemplo, en una unidad que quema gas, una disminución en la presión del
gas puede indicar una mala función del regulador, una caída en la presión del
suministro de gas, o alguna reducción en el flujo de gas causado posiblemente por
una o más válvulas o controles que no operan bien.Puntos que deben revisarse
periódicamente: eslabonamientos y otras sujeciones y topes mecánicos deben
verificarse periódicamente para que no tengan juego y examinarse visualmente para
advertir cualquier vibración o movimiento. Cualquier parte que esté suelta o que
haya cambiado de posición debe verificarse y reajustarse a la posición original
Examínense diariamente las chimeneas respecto a las condiciones de humo y
niebla. Una chimenea brumosa, con niebla o humo indica una posible necesidad de
ajustar el quemador. El fuego puede no recibir suficiente aire, tal vez la relación
aire/combustible no es la adecuada, o puede haber un cambio en el suministro de
combustible, etc.
Las temperaturas de la chimenea deben verificarse y anotarse en la bitácora;
sin embargo, se debe tener en cuenta que una elevación de temperatura en la
chimenea no significa siempre una mala combustión o que los conductos del agua
estén atascados o el hogar sucio. Las temperaturas de las chimeneas variarán

130. 130
proporcionalmente conforme cambia el punto bajo. Las temperaturas de la chimenea
se deben observar en relación con la rapidez de quemado del combustible y debe
hacerse una comparación con los registros previos de las mismas velocidades. Las
temperaturas de las chimeneas pueden tener diferencias de hasta 55°C de los
niveles altos de fuego a los bajos, y por ello se debe tener cuidado cuando se
interpretan las lecturas de las temperaturas de chimenea.
Mantenimiento del lado del fuego: La inspección periódica y la limpieza del
lado del fuego deberealizarse cuando la temperatura de salida del gas de com-
bustión está a más de 55 a 75°C por encima de la temperatura normal de operación.
La limpieza debe realizarse inmediatamente después de parar.
Los empaques del quemador, acceso o cabezal deben inspeccionarse
mensualmente y remplazarse cuando sea necesario. Todos los refractarios deben
inspeccionarse agrietamientos, descascarado o erosión excesivos, o secciones
sueltas. Esta inspección debe llevarse a cabo cuando la caldera está abierta para
ser limpiada al menos una vez al año. Se deben examinar las válvulas de solenoide
y válvulas motorizadas del combustible observando el fuego conforme se apaga la
unidad. Si el fuego no se corta inmediatamente: la válvula puede estar sucia o
desgastada. Si esto ocurre, la válvula debe repararse o reemplazarse de inmediato
para evitar cualquier problema serio. Todos los interruptores, controles, dispositivos
de seguridad y cualquier equipo asociado con la caldera deben verificarse
periódicamente. No se debe suponer que todos los dispositivos de seguridad,
interruptores, controles, etc., están operando adecuadamente, sino examinarse

131. 131
periódicamente según el plan de mantenimiento y cualquier mal funcionamiento
debe anotarse y repararse.
5.3.3 Mantenimiento de los tubos de la caldera
En el diseño deben incluirse previsiones para la limpieza periódica de
los tubos, si la unidad es de alta capacidad o requiere un largo periodo para
su arranque. Es ventajoso reducir al mínimo las incrustaciones en los tubos
de la caldera. Las sales comunes de las aguas de las calderas, no formarán
incrustaciones en las unidades correctamente diseñadas (aquellas con
circulación amplia, sin obstáculos y con tubos inclinados debidamente); de
todas maneras se formarán incrustaciones que provienen de la presencia de
ciertas impurezas del agua en cantidades insignificantes y que tienen una
baja solubilidad. En las áreas de alta absorción de calor, una capa de incrus-
tación de 0.25 mm de grueso (0.10 pulg), puede causar sobrecalentamiento y
deterioro en los tubos.
La completa exclusión de agua contaminada con impurezas que
ocasionan incrustaciones, es difícil y costosa. La solución usual y práctica, es
el control de los sedimentos mediante purga, o mediante el empleo de una
caldera de doble circulación
En particular, son los supercalentadores los más propensos a
quemarse a consecuencia de la incrustación. No obstante que el vapor
solamente contiene aproximadamente 1 ppm de sólidos, una unidad de 226

132. 132
800 kg/h (500 000 Ib/h) de vapor, tendrá una acumulación de 454 gr (1 lb) de
adherencias cada dos horas en el supercalentador.
La remoción ocasional del incrustamiento de residuos sedimentarios, puede
ser lograda (1) por limpieza mecánica, (2) por limpieza a base de productos
químicos o (3) por limpieza ultrasónica.
Limpieza por medios mecánicos
En las calderas pequeñas los tubos pueden ser limpiados
mecánicamente por medio de un proceso de rimado, o por medio de
limpiadores de tubos. Una limpieza mecánica de las superficies en contacto
con el agua de las calderas grandes, es algo económicamente imposible, por
las siguientes razones:
1. Es mucho tiempo el que se requiere para desmontar y reponer las partes
internas del domo, capas de aislamiento térmico, aisladores térmicos fijos,
divisiones de tabiques, registros de mano de los cabezales, y los registros del
domo.
2. El diámetro de los tubos tendría que ser mayor del que se requiera de otra
manera.
3. Una longitud de tubos de 21.34 m (70 pies) o más, es esencialmente
necesaria para proporcionar una resistencia suficientemente alta al flujo, para
que el supercalentador pueda efectuar una distribución uniforme del vapor.
4. La disponibilidad de mano de obra es escasa, pues a la hora de una
parada, el personal es necesitado para otros problemas de reparación y de
mantenimiento.

133. 133
Limpieza por medios químicos
En la mayoría de las calderas grandes, la limpieza se debe hacer
mediante ácido hidroclórico inhibido. El ácido sulfúrico no se usa, porque los
inhibidores comerciales no proporcionan los grados bajos de corrosión que se
necesitan para todas las aleaciones que vienen al caso.
Agentes peliculares: Están siendo investigados y considerados para
aplicaciones específicas. Se obtienen algunas ventajas con el uso de ciertos
ácidos orgánicos, tales como el ácido fórmico y el cítrico (en soluciones
inhibidas).
Se han creado algunos compuestos dedicados a la limpieza inicial de la
caldera recién instalada. Estos productos químicos se usan primordialmente
para eliminar el hollín y el aceite adheridos a las superficies de los tubos, así
como para recubrir los mismos con una película preventiva contra oxidación.
La limpieza mediante productos químicos, ácidos o solventes inhibidos,
reduce el tiempo de las paradas hasta en un 90% (comparada con la limpieza
mecánica); una caldera de una capacidad de 226800 kg/h {500000 Ib/h) de
vapor, puede ser limpiada y puesta nuevamente en servicio en menos de 24
horas.
Limpieza por medios ultrasónicos
Se han experimentado el uso de ondas ultrasónicas de alta frecuencia
para romper y despegar las incrustaciones de los tubos. Los resultados han
sido satisfactorios en las calderas de cuerpo de acero que operan con agua

134. 134
cruda sin tratamiento alguno, con una dureza mediana, a presiones de 31.6
kg/cm2
(450 Ib/plg2
). Las ondas ultrasónicas se transmiten al agua de la
caldera a lo largo de un tubo. El transmisor de disco metálico (frecuencia de
28 000 ciclos), opera unas tres veces por segundo con una duración de un
milésimo de segundo cada vez.
En la operación normal se tolera la incrustación hasta que alcanza el
grueso de un cascarón de huevo. Entonces es desintegrada a fragmentos que
bajan a un punto de recolección. Es importante que la energía ultrasónica se
aplique con prudencia para evitar la destrucción de la película protectora de la
escoria de laminación en la superficie del acero.
5.3.4 Inspección de la caldera
Procedimiento de preparación
La caldera tiene que pararse, desconectarse del servicio, enfriarse y
ser preparada para la inspección, de acuerdo con lo establecido por el Código
ASME, Sección VII "Care of Power Boilers" (Cuidados para Calderas
Generadoras de Fuerza). Una caldera debidamente preparada para una
revisión, debe estar fría, limpia y seca.
INSPECCIÓN EXTERNA
Un examen practicado por el inspector autorizado a una caldera
durante su operación, es llamado "inspección externa". Esta es una
inspección de la caldera, de sus accesorios y conexiones, que se hace con el
fin principal de observar la operación y el estado del mantenimiento.

135. 135
No se requiere preparación especial para estas inspecciones, sino
hasta proporcionar al inspector las facilidades necesarias de acceso a la
caldera y a las conexiones. Si durante la inspección se descubre la existencia
de una fuga o ruptura, se quitará una cantidad suficiente de revestimiento o
de la manipostería de la montadura, para permitir un examen detallado. Si el
recubrimiento no puede ser removido en ese momento, el inspector ordenará
el paro de la caldera durante el tiempo necesario para la remoción del ma-
terial en cuestión y el examen apropiado de la caldera.
INSPECCIÓN INTERNA
Superficies en contacto con el agua. El interior de la caldera se inspecciona
para localizar rupturas, pernos o tirantes rotos, corrosión por picaduras,
abrasión, incrustación y puntos delgados. Una vez terminada la inspección, se
desechan los materiales depositados. Se revisan las superficies,
especialmente en la parte superior de los domos de vapor y de agua, para
buscar residuos o consecuencias atribuibles a la acción de los productos del
tratamiento del agua, productos químicos, disolventes de incrustaciones,
aceite, grasa y otras sustancias, que pueden haber sido introducidas
intencionalmente o de alguna otra manera, junto con el agua de alimentación.
Si se localiza la presencia de aceite, tienen que tomarse las medidas
pertinentes inmediatas, para suspender la continuación de su entrada a la
caldera, ya que aun la cantidad más pequeña de este material es peligrosa. El
aceite y la incrustación en los tubos de las calderas acuotubulares, o en la
superficie superior de la bóveda del cielo del fogón, encima del fuego, es

136. 136
especialmente indeseable, ya que frecuentemente origina tal debilitamiento,
que conduce a la ruptura o al abolsamiento.
Superficies expuestas al fuego. El flexionamiento, las ampollas y las fugas
son síntomas de fallas en la caldera. Si los abolsamientos o las ampollas
adquieren tales dimensiones, que debiliten con exceso la pared de la placa o
del tubo, y en especial si a consecuencia de estos defectos ha aparecido un
escape, la caldera tiene que pararse inmediatamente hasta que haya sido
convenientemente reparada.
Corrosión. La corrosión localizada a lo largo de una costura de soldadura, o
inmediatamente junto a ésta, es mucho más peligrosa que aquella localizada
en la placa sólida, aunque las proporciones en ambas sean las mismas. El
agrietamiento y la ruptura a lo largo de las costuras longitudinales son,
especialmente, peligrosos, pues su aparición se presenta justamente cuando
el material está bajo su máxima tensión. Se producen serias proporciones de
corrosión, frecuentemente, en los lugares en los que la circulación del agua es
lenta; esas superficies requieren un examen especialmente cuidadoso.
Para los efectos estimativos de la acción de la corrosión y otros defectos en la
resistencia de un casco, se ha hecho una comparación con la eficiencia de la
unión longitudinal remachada de la misma caldera, cuya resistencia es en
cualquier circunstancia menor que la de la parte sólida de la placa.

137. 137
Puntos de tensión. Los puntos en donde se localizan los esfuerzos críticos
son especialmente inspeccionados, sobre todo los cordones de soldadura que
están sometidos a estos esfuerzos. Con la presencia de condiciones
corrosivas, este proceso se activa en aquellas secciones que resisten los
mayores esfuerzos. El efecto es especialmente peligroso si el metal de la
soldadura es poroso o si no está bien aplicado, de modo que la distribución de
esfuerzos no sea uniforme. Cualquier situación anormal en las condiciones de
la soldadura o de los elementos estructurales, que tenga un efecto debilitante,
debe anotarse cuidadosamente.
Uniones remachadas. Se examina detenidamente la cara interior de las
uniones remachadas, para cerciorarse de las condiciones en que se
encuentran los remaches, así como para comprobar si las planchas metálicas
no se han adelgazado, si hay corrosión rajaduras o cualquiera otra clase de
defectos.
Uniones traslapadas. Las calderas con uniones trasladadas tienen la
tendencia a la ruptura en la parte en donde los extremos de las placas forman
la costura recta traslapada. Si se localizan fugas u otros defectos en este
punto, tienen que ser acuciosamente investigados, removiendo los remaches
o ranurando la placa, para saber con exactitud si hay rupturas en la costura.
Algunas rajaduras que se desarrollan en las placas del cuerpo de acero de la
caldera, son por lo general peligrosas, con excepción de los agrietamientos
ocasionados por el fuego, que partiendo del borde de la placa, se pierden en
los barrenos de los remaches o en las costuras circulares. Un número limitado

138. 138
de estas rupturas, ocasionadas por el fuego, pueden tolerarse. Las calderas
con rupturas en la unión solapada, son suspendidas.
Ligamentos. Los ligamentos entre los tubos y los barrenos para los mismos,
en la caldera, deben ser examinados minuciosamente. Si se descubren fugas,
puede sospecharse que los ligamentos se han roto.
Bridas. Todas las bridas deben ser cuidadosamente inspeccionadas,
especialmente las localizadas en cabezales que carecen de tirantes. El
agrietamiento interior de estos cabezales en los bordes interiores y el
agrietamiento de la superficie exterior, cóncava a la presión es una cosa muy
común, ya que estos cabezales tienen un ligero movimiento, que es el que
ocasiona este defecto. Las calderas construidas con cabezal de tipo invertido
(perfil en gola o bayoneta), son muy propensas a sufrir rupturas y
agrietamiento. Generalmente algunas de estas partes no admiten la
observación directa, de manera que es necesario introducir un espejo para
inspeccionar las condiciones interiores.
Cabezales.En los cabezales se han previsto registros de mano para permitirel
aseo y la inspección.
Las incrustaciones suelen causar dificultades en la circulación, lo que
ocasiona el deterioro de los tubos. Los cabezales inferiores para las paredes
de agua deben ser revisados de manera especial.

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Tubos.Las superficies de los tubos deben ser examinadas cuidadosamente
para la localización de abolsamientos, rupturas o defectos en la soldadura. La
atención principal debe concentrarse en los extremos de los tubos y en los
espejos de las calderas de tubos de humo, así como en los extremos de los
tubos y en los domos y cabezales en las calderas acuotubulares, para
descubrir indicios de corrosión, fugas en los tubos, o un adelgazamiento
excesivo de los tubos a consecuencia del rolado frecuente.
En donde hay un tiro enérgico, los tubos se adelgazan por los efectos
de la abrasión resultante del choque de partículas de combustible o cenizas, o
bien por el empleo impropio del soplador de hollín. La fuga en uno de los
tubos puede conducir frecuentemente a una intensa corrosión de una cierta
cantidad de los tubos inmediatos adyacentes.
En las calderas acuotubulares, los extremos de los tubos son
examinados contra desgaste de metal o condición quebradiza (cristalización
del acero), y la existencia de tubos demasiado cortos. Los extremos de los
tubos de circulación reclaman una inspección especialmente esmerada, así
como los niples del domo de lodos.
Los tubos de humo se abolsan frecuentemente, pero muy rara vez se
revientan. Si se nota que tienen un grado suficiente de distorsión, los tubos
deben ser repuestos. El espacio que queda entre los tubos se inspecciona
para cotejar las restricciones de circulación. El interior de los tubos se revisa
para comprobar si contiene escorias u otras adherencias.

140. 140
En las calderas horizontales tubulares de retorno, los fluses se
deterioran másrápidamente en el extremo que da al lado del fuego. Se
inspeccionan golpeándolos con un martillo ligero en la superficie exterior, para
comprobar si han perdido mucho espesor. En las calderas de tubos verticales,
los fluses pueden sufrir deterioro en la parte superior, cuando se les expone a
la acción de los gases de la combustión, mientras carecen de agua de
enfriamiento.
Tirantes:Todos los tirantes, ya sean diagonales o atravesados, deben ser
examinados, comprobando que su tensión sea la correcta. Los extremos son
revisados en los puntos de sujeción, en donde pueden aparecer rupturas,
especialmente en los barrenos, punzonados o taladrados, para remacharlos o
atornillarlos. Se debe dar especial atención a los indicios de abrasión,
corrosión, incrustaciones y picaduras.
Pernos de arriostramiento:Los pernos de arriostramiento se prueban
golpeándolos con martillo en un extremo. De ser posible, se entiba el extremo
contrario del perno con un marro u otra herramienta pesada, con lo que la
prueba es más efectiva.
Concentración de calor:La concentración de calor o el choque de flamas es
una cosa censurable. La concentración de calor puede ser ocasionada por (1)
quemador inadecuado o instalación defectuosa de éste o del alimentador de
carbón; (2) choque de las flamas sobre placas secas, especialmente en la
bóveda posterior de las calderas horizontales de retorno; o (3) localización de

141. 141
las bóvedas de combustión, en tal forma, que ocasionan el choque de las
flamas contra la superficie de los tubos de agua.
Mamparas:Se revisarán las mamparas de las calderas acuotubulares. La fal-
ta de las mismas, causa frecuentemente la temperatura excesiva de los gases
de combustión en ciertas secciones de la estructura de la caldera que no
están diseñadas para soportar este calor, condición que puede ser peligrosa
en algunas ocasiones.
Equipo interno de los domos:Se examinan también el tubo de alimentación
interna, los tubos para vapor seco y los tamices de vapor y demás equipo
interno de los domos, para asegurarse de que no tiene acumulación de
incrustaciones en los orificios y perforaciones. Todos los accesorios se
revisan, anotando las conexiones que pudieran estar flojas y señalando juntas
y piezas dañadas o faltantes que puede ser peligrosa en algunas ocasiones.
Equipo interno de los domos:Se examinan también el tubo de alimentación
interna, los tubos para vapor seco y los tamices de vapor y demás equipo
interno de los domos, para asegurarse de que no tiene acumulación de
incrustaciones en los orificios y perforaciones. Todos los accesorios se
revisan, anotando las conexiones que pudieran estar flojas y señalando juntas
y piezas dañadas o faltantes.
Conexiones:Todos los accesorios y conexiones de la línea general de vapor,
la alimentación de agua, válvulas de seguridad, drenes, purgas, columnas de

142. 142
agua, vidrio de mira y los manómetros, son inspeccionados, para comprobar
que estén colocados en el lugar previsto en el diseño, conectados
correctamente y que no estén rotos ni deformados.
Montadura de la caldera:Las montaduras de material refractario se revisan
para localizar cuarteaduras, asentamientos y tabiques flojos, que quedan
recargados contra las partes de la caldera. Si las estructuras de soporte de
acero están aisladas a base de construcciones de tabique, éstas deben
examinarse para comprobar que se encuentran en buen estado y que el
espacio de aire, si existe, se mantenga correcto. El revestimiento del fogón se
revisa para localizar desgastamientos, cuarteaduras o asentamientos. En las
calderas acuotubulares verticales se inspeccionan las paredes del altar, para
tener la seguridad de que el domo de lodos está debidamente protegido. En
las calderas acuotubulares dotadas de cabezales seccionales o de una pieza
se revisan las paredes frontales y posteriores para cerciorarse de que los
asientos de los cabezales están debidamente protegidos.
Asentamientos:La caldera es también revisada en el alineamiento para
determinar posibles asentamientos, pérdidas de verticalidad (fallas de la
plomada), o movimientos anormales, que se hacen notorios por el
desplazamiento de los domos u otras partes sometidas a presión. En las
calderas de tubos de humo se comprueba la nivelación, para tener la
seguridad de que no se han inclinado, lo que daría por resultado que una
parte de los tubos quedara fuera del agua. Si las cimentaciones de la caldera
son independientes de las cimentaciones del edificio, las juntas y uniones del

143. 143
vapor y de la alimentación, deben desconectarse una vez al año para
controlar posibles asentamientos (o se pueden emplear también otros medios
eficaces para lograr esta comprobación).
Expansión y contracción:Se examinan también los dispositivos para las
expansiones y contracciones de la caldera. Hay que revisar todos los
soportes, columnas y los tirantes, comprobando sus posibles desviaciones de
alineamiento o defectos.
Las calderas suspendidas son revisadas en las partes en las que la
estructura de la caldera queda muy cerca de las paredes de la montadura o
del piso, a fin de evitar que las cenizas o el hollín se acumulen y formen una
unión en estos puntos. Una unión de esta índole, produce esfuerzos
excesivos en las estructuras al expandirse durante la operación.
Las juntas de expansión con sello de agua, entre el fogón y el foso de
cenizas, se revisan para localizar fugas en el de-flector, así como
acumulación de lodos.
Estructura:El inspector tiene que cerciorarse de las posibles deformaciones
de los elementos estructurales que resultan de la carga inadecuada o de
sobrecargas momentáneas. Por lo general los efectos de estas
circunstancias, son independientes de las secciones soldadas, pero a menos
de que las uniones soldadas sean prácticamente perfectas, los esfuerzos con-
centrados de estas cargas, se localizan fácilmente en las soldaduras. Si se
descubre una falla de esta naturaleza, tendrá que ser reportada

144. 144
inmediatamente, quedando la estructura fuera de servicio purga del vapor, y
(2) llenando de agua la caldera, hasta que la válvula dispara por acción de la
presión.
El inspector autorizado decidirá cuál de los métodos ha de emplearse en cada
caso particular.
El libre paso de las válvulas puede determinarse por medio de las
palancas de prueba, pero esto puede hacerse únicamente si la presión del
vapor está dentro del margen del 25% de la presión de regulación. Las
válvulas de seguridad no deben usarse para la purga de vapor durante el
ajuste de los quemadores, ni para las pruebas que se efectúan en las cal-
deras.
A la hora de probar la válvula de seguridad, la tubería de escape,
drenes y soportes, deben revisarse para determinar (1) si son adecuados, (2)
los esfuerzos de la expansión, (3) si los tubos están libres de obstrucciones, y
(4) su disposición correcta. De ser necesario, la conexión será retirada
durante la prueba de la válvula de seguridad.Por ningún concepto podrá
instalarse una válvula de retención entre la caldera y su válvula de seguridad.
La válvula de seguridad tampoco podrá ser graduada en ninguna forma, para
que admita una presión de trabajo mayor que la especificada en el certificado
de inspección.
Sopladores para hollín:Se revisan todos los sopladores de hollín para
buscar indicios de desgaste causados por la abrasión de las cenizas volátiles
o por el vapor que descarga la tobera del soplador. Las toberas de vapor,
localizadas en las secciones calientes, requieren la revisión del orificio de

145. 145
salida, que puede sufrir una reducción de calibre ocasionada por la
contracción.
Manómetro de vapor:El manómetro para vapor es removido, para que el ins-
pector autorizado se encargue de calibrarlo mediante su comprobación con un
manómetro de comparación estandarizado. Las lecturas en el manómetro,
antes de retirarlo, deben compararse con las de otros manómetros colocados
en la misma línea de vapor.Los manómetros para vapor deben estar provistos
de un sifón o trampa adecuada, para protegerlos de las temperaturas internas
altas. La tubería que conduce a los manómetros debe tener un dispositivo de
purga.
Accesorios de la caldera:La columna de agua, mira de vidrio, grifos de
prueba, el interruptor de la alimentación de combustible y el alimentador de
agua, deben ser probados para verificar su estado de limpieza, exactitud y
funcionamiento correcto. Debe revisarse también su posición con respecto al
nivel prescrito del agua.La columna de agua y el vidrio de mira deben ser
observados cuando la caldera tiene vapor, para comprobar el libre paso de los
fluidos a través de las conexiones, lo que queda demostrado por el movimien-
to del agua dentro del tubo de vidrio. Debe purgarse algo de agua para tener
la seguridad de que la tubería de purga está completamente libre de
oclusiones, y que los controles de bajo nivel funcionan bien. Debe observarse
el estado de limpieza de los vidrios de mira, cerciorándose, por prueba, de
que los grifos del control de nivel no están atascados.

146. 146
La tubería se inspecciona para comprobar que no tiene abolsamientos y que
está correctamente colocada. La conexión de vapor para el control de nivel
debe ser drenable hacia afuera, mientras que la conexión de agua debe
drenar hacia dentro de la caldera.
Tapones fusibles:En caso de que se usen, los tapones fusibles deben
mantenerse en buenas condiciones y remplazarse cada año. Cada vez que la
caldera sea destapada, el tapón fusible y la superficie colindante de la caldera
deben ser rasqueteados y pulidos perfectamente. Si el metal del fusible
presenta cualquier indicio de alteración tendrá que ser renovado. Un tapón
fusible jamás deberá rellenarse con otro metal que no sea metal nuevo, de la
calidad y propiedades especificadas.
Controles:Los controles de temperatura, gráficas de registro, la localización
de pilas termoeléctricas, etc., deben revisarse para comprobar la uniformidad
en el sistema de control y la operación de los aparatos de registro. La
temperatura, los coeficientes de calefacción y de enfriamiento, son factores
que deben coincidir con las normas prescritas.
Equipo para quemar combustible:Ninguna inspección será completa, si no
se examina el equipo para quemar el combustible, especialmente aquellas
partes no accesibles cuando el equipo está en marcha. Tienen que hacerse
reparaciones o cambios convenientes de piezas, de manera que el equipo
funcione correctamente, reduciendo la posibilidad de interrupciones, una vez
que la unidad esté nuevamente en servicio.

147. 147
INSPECCIÓN DE REPARACIONES
Si los daños que puedan sufrir las piezas de la caldera sujetas a
presión, requieren para su reparación el empleo de soldadura u otros métodos
que quedan dentro de las normas establecidas por el código, tiene que
llamarse al inspector autorizado y obtener del mismo la autorización co-
rrespondiente sobre la forma en que se ha de ejecutar la reparación. Una vez
terminada la reparación, tiene que ser aprobada por el inspector. Debe
llevarse un registro exacto de todas las reparaciones, incluyendo el cambio de
fluses.Todas las reparaciones tienen que someterse, invariablemente, a una
prueba hidrostática
5.3.5 Pruebas de funcionamiento, capacidad y rendimiento en calderas
Cuando se opera con calderas y en especial cuando estas son
adquiridas por primera vez, es necesario realizar ciertas pruebas que
garantizan la correcta operación 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

148. 148
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.
5.3.6 Programación del mantenimiento preventivo
Desarrollar un programa de mantenimiento permite que la caldera
funcione con un mínimo de paradas en producción, minimiza costos de
operación y permite un seguro funcionamiento. El mantenimiento, en nuestro
medio, en calderas puede ser generalmente de tres tipos: correctivo,
preventivo y predictivo.
El mantenimiento en calderas debe ser una actividad rutinaria, muy bien
controlada en el tiempo. Es por ello que se recomiendan las siguientes
actividades a corto, media y largo plazo.

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1. MANTENIMIENTO DIARIO. Por el operador de la caldera.
a. Limpiar las boquillas del quemador de la caldera.
b. Comprobar el nivel de lubricantes para el compresor en el tanque aire-
aceite. Debe de estar a 1/2 de nivel, esto es, dentro del tercio medio y si
está más bajo, ponerlo a nivel.
c. Purgar la caldera por lo menos cada ocho horas de trabajo, tanto de la
purga de fondo como de sus columnas de control de nivel. Esto se hace
subiendo el nivel de agua a 1/2 cristal y purgando hasta que arranque la
bomba de alimentación. Recomendamos consultar a su experto en
tratamiento de aguas al respecto y es muy importante se sigan sus
instrucciones así como también colocar las instrucciones que sobre purgas
de fondo y control de nivel, envía la fábrica con el manual de operación.
Lea y siga las instrucciones de la placa de advertencia que aparece a un
costado de la caldera.
d. Comprobar así mismo que la presión indicada por los manómetros de
entrada al combustible, la presión en la válvula medidora y la presión de
salida de combustible, son las fijadas en su Manual de Operación.
e. Comprobar si la presión de aire de atomizaci6n es la correcta.
f. Comprobar y registrar la temperatura de los gases de la chimenea.
g. Tomar análisis de gases de combustión y registrar en bitácora.
2. MANTENIMIENTO CADA TERCER DIA Por el operador de la caldera.
a. Comprobar que la trampa del calentador de vapor opera correctamente.
b. Limpiar los filtros de combustible que están en la succión de la bomba.
3. MANTENIMIENTO CADA OCHO DIAS. Por el operador de la caldera.
a. Comprobar que no hay fugas de gases ni de aire en las juntas de ambas
tapas y mirilla trasera.

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b. Comprobar la tensión de la banda al compresor.
c. Limpiar el filtro de lubricante, que está pegado al compresor.
d. Lavar los filtros, tanto el de entrada a la bomba como el de entrada de agua
al tanque de condensados.
e. Limpiar el electrodo del piloto de gas.
f. Comprobar que los interruptores termostáticos del calentador de
combustible operen a la temperatura a que fueron calibrados al hacer la
puesta en marcha. Consulte su Manual de Operación.
g. Inspeccione de la prensa estopas de la bomba de alimentación de agua.
4. MANTENIMIENTO QUINCENAL. Por el operador de la caldera.
a. Hacer limpieza de todos los filtros de agua, aceite combustible y aceite
lubricante.
b. Probar la operaci6n por falla de flama.
c. Revisión a las condiciones del quemador, presión, temperatura, etc.
d. Checar los niveles de entrada y paro de la bomba, haciendo uso de las
válvulas de purga de fondo de la caldera.
e. Asegúrese que la foto celda este limpia, así como el tubo en donde se
encuentra colocada.
5. MANTENIMIENTO MENSUAL. Por el operador de la caldera.
a. Comprobar que los niveles del agua son los indicados:
58 mm (2 1/4") de nivel máximo.
45 mm (13/4") arranque de la bomba.
32 mm. ( 1 ¼") corte por bajo nivel
b. Comprobar el bajo nivel, bajando el interruptor de la bomba de
alimentación.

151. 151
El agua al evaporarse irá disminuyendo el nivel y si al llegar a 32 mm
(11/4") no se corta el por bajo nivel, hay que parar inmediatamente la
caldera e inspeccionar el bulbo de mercurio de tres hilos (del lado de la
caldera) así como también asegurarse de un correcto funcionamiento del
flotador y que la columna esté exenta de lodos o acumulaciones.
c. Comprobar el voltaje y cargas que toman los motores.
6. MANTENIMIENTO TRIMESTRAL DE LA CALDERA. Por el operador de
la caldera.
a. Observar la temperatura del termómetro de salida de gases de la chimenea
de la caldera, cuando tenga 80°C por arriba de la temperatura del vapor
saturado es indicativo que la caldera está hollinada y hay que proceder a
limpiarla
b. Es conveniente también que se destapen varias tortugas ó registros de en
medio y de la parte de abajo, para ver el estado de limpieza interior por el
lado del agua. Llame al técnico en tratamiento de agua.
c. Cada vez que se desholline es conveniente para la mejor conservación del
refractario, darle una lechada con mortero refractario, tanto a la tapa
trasera como al refractario del hogar. Cambie los empaques.
d. Tirar ligeramente de las palancas de las válvulas de seguridad 'para que
escapen y evitar que peguen en su asiento.
7. MANTENIMIENTO SEMESTRAL DE LA CALDERA.
a. Comprobar el nivel de aceite del reductor de velocidad de la bomba de
combustible.
b. Revisar los empaques de la prensa-estopa de la bomba de alimentación de
agua. En caso de encontrarse secos, cámbiense por nuevos.

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c. Efectué Limpieza general a los contactos del programador de flama y los
arrancadores con un trozo de género limpio, humedecido con tetracloruro
de carbono.
d. No después de tres meses de efectuada la puesta en marcha inicial de la
caldera y después, según las condiciones lo requieran, la caldera deberá
ser enfriada y secadas las cubiertas quitadas y el interior debe ser lavado
con agua a presión. Tubos y espejos deberán ser inspeccionados al mismo
tiempo para buscar incrustaciones. La efectividad del tratamiento de agua y
el porcentaje de agua de repuesto requerida, determinarán los siguientes
períodos de limpieza. El servicio de su experto en tratamiento de agua,
deberá incluir inspecciones al interior de la caldera, así como análisis del
agua periódicas.
e. Inspeccione los tubos por el lado del hollín y límpiense de ser necesario.
f. Inspeccione el material refractario del horno y la puerta trasera.
g. Limpie las grietas y saque el material refractario que se haya desprendido.
Recubra el mismo con un cemento refractario de fraguado al aire; el
período de este recubrimiento varía con el tipo de carga y operación de la
caldera y deber ser determinado por el operador al abrir las puertas para
hacer limpieza de hollín.
h. Revise sus bandas de transmisión, de la tensión apropiada
i. Es conveniente lavar la caldera interiormente. Para hacer esto, se quita la
reducción del manómetro que va en la te a la salida de la bomba de
alimentación de agua, se coloca ahí una reducción al tamaño de la
manguera que se va a utilizar. Antes de hacer todo esto, se enfría la

153. 153
caldera, bajándola de presión y haciendo circular el agua, purgándola para
que entre agua fría, así, hasta que esté totalmente fría. La operación de
enfriamiento deberá hacerse con lapsos de reposo de 20 a 25 minutos para
que el enfriamiento no sea brusco y dañe los tubos.
Luego se vacía totalmente de agua y se quitan todas las tapas. Ya
habiendo puesto la manguera en la bomba, se cierra la válvula de entrada
de agua a la caldera y al poner a funcionar la bomba, sale agua por la
manguera a bastante presión. Con este chorro de agua se lava la caldera
interiormente, se mete la manguera por todos los registros de mano hasta
quequede bien limpia.
j. Comprobar la limpieza de las columnas de control y de las entradas del
agua de la bomba de alimentación y el inyector-
k. Comprobar y lavar los presurisadores, toda la línea de los mismos y la línea
del manómetro.
l. Se refrescan las cuerdas al tornillo de las tapas y se les pone grafito con
aceite para que no se peguen.
m. Destapar todas las cruces y comprobar que estén limpias. Limpiar cada
seis meses cuando menos.
8. MANTENIMIENTO ANUAL DE LA CALDERA
a. Limpiar el calentador eléctrico y el calentador de vapor para combustible,
así como asentar la válvula de alivio y las reguladoras de presión.
b. Revisar el estado en que se encuentran todas las válvulas de 1 la caldera,
asentarlas si es necesario y si no se pueden asentar, cambiarlas por otras
nuevas.
c. Re engrasar los baleros de la bomba de agua de combustible.

154. 154
d. Re lubricar los baleros sellados de las transmisiones ó motores que tengan
este tipo de baleros. Repónganse los sellos cuidadosamente,
reemplácense los baleros defectuosos ó los que se tenga duda.
e. Vacíe y lave con algún solvente apropiado el tanque aire-aceite , así como
todas las tuberías de aire y aceite que de él salgan, procurando que al
reponerlas, queden debidamente apretadas
f. Cámbiese el lubricante por aceite nuevo SAE 10.
g. Desarme e inspeccione las válvulas de seguridad, así como las tuberías de
drenaje.
5.4 CUIDADO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN
5.4.1 Problemas en la calidad del agua
Los problemas más frecuentes en lo referente a la calidad del agua y
que influyen en la operación de la caldera son:
1: Formación de depósitos: La incrustación es indeseable ya que al formar
una capa en los tubos y demás componentes del equipo, evitan la transmisión
efectiva del calor. Esto conduce a una baja eficiencia en la producción de
vapor, disminuyendo la cantidad de vapor producido por unidad de calor
generado, y también causa desgaste del tubo y accesorios por fatiga térmica
ya que se requiere de mayor temperatura del metal en la parte expuesta a la
flama, que cuando no existe incrustación y este desgaste térmico afecta
también la vida útil del equipo.Los depósitos se producen por sólidos
suspendidos que el agua pueda contener y principalmente por formación de

155. 155
depósitos de sulfatos y carbonatos de calcio y magnesio, en mezclas
complejas con otros componentes como sílice, bario, etc.
Para evitar la formación de incrustaciones se deben remover los sólidos
coloidales y materia suspendida que el agua contenga y ablandamiento o
suavización del agua cruda antes de integrarla a la caldera.
2: Corrosión por Oxidación del metal: Los principales componentes de la
caldera son metálicos. Los agentes que atacan el fierro y lo disuelven son los
gases corrosivos como oxígeno y bióxido de carbono. También la acidez del
agua causa corrosión por lo que el pH debe mantenerse entre 9.0 y 11.5.
El control del oxígeno disuelto es uno de los puntos críticos en la operación de
la caldera. Las picaduras o áreas de desgaste localizadas en ciertas partes de
los tubos de la caldera ocurre por la acción corrosiva del oxígeno. En el
condensador del sistema, el bióxido de carbono se suma a la acción corrosiva
del oxígeno y destruyen en poco tiempo el tanque del condensador si no son
removidos estos gases.
3: Fragilización cáustica: Si la alcalinidad a la fenolftaleina que es la que se
encuentra en forma de carbonatos es muy alta, pueden presentarse
problemas de fragilzación del metal. Esta pérdida de elasticidad, también
puede ocurrir por frecuentes shocks térmicos en la caldera, al complementar
sin calentamiento previo el agua de repuesto para compensar por las pérdidas
por fugas de vapor o por purgas de la caldera.

156. 156
4: Formación de Espumas: esto ocurre cuando hay presencia de materia
orgánica o de una gran cantidad de sólidos disueltos en el agua de la caldera.
Para evitar la formación de espumas, se purga la caldera cuando en el agua
se alcanza un cierto nivel preestablecido de sólidos disueltos. Otra acción
preventiva consiste en tener un tratamiento externo del agua de alimentación
para evitar la presencia de sólidos suspendidos de naturaleza orgánica, así
como de grasas y aceites del equipo de proceso que puedan contaminar el
agua.
ACCIONES CORRECTIVAS: un buen operador de calderas puede controlar y
compensar por los efectos indeseables del agua de proceso en la caldera. La
adición de productos químicos como antiespumantes, secuestrantes de
metales corrosivos, neutralizadores de gases corrosivos, modificadores de
alcalinidad y pH, etc. Pueden exitosamente solucionar los problemas de
danos y desgaste anormal de la caldera.
Lo que puede ocurrir y es muy frecuente, es que el operador no cuente
con un laboratorio de análisis químico de respaldo o no esté capacitado
adecuadamente para comprender que efectos tiene cada uno de los
componentes químicos que acompañan el agua y no se implemente el
tratamiento adecuado.
Si el servicio de operación y mantenimiento de la caldera es externo,
puede ocurrir que el prestador del servicio da la misma formulación en sus
productos para el acondicionamiento y tratamiento interno de todas las

157. 157
calderas independientemente del análisis y composición del agua en
particular, sea esta de una fuente propia como es un pozo o de la red
municipal.
5.4.2 Sistema de tratamiento de agua para 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 catiónicas, 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

158. 158
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.
ESQUEMA DE TRATAMIENTO: El esquema de tratamiento para un sistema de
caldera con agua desmineralizada consiste en lo siguiente: el agua de la fuente de
suministro pasa a través de un filtro de multimedia para remover partículas
suspendidas y posteriormente por un filtro de micro filtración de 5 micrones que
remueve las partículas de finos del agua a alimentar a la membrana.El agua de
rechazo en las membranas puede tener un uso secundario, como en riego, limpieza

159. 159
de maquinaria y equipo, se puede integrar al agua de servicios generales,
reinyectarse en el pozo, o como última opción desecharse al drenaje.
El agua producto sin sales pasa por una membrana especial que remueve los
gases disueltos entre ellos el oxigeno y bióxido de carbono, que son altamente
corrosivos en las condiciones de operación de las calderas.El agua producto de las
membranas y que ya no contiene sales se alimenta a la caldera pero antes se
agrega un reactivo especialmente formulado que reacciona químicamente con el
oxigeno residual del agua de proceso en la caldera, y lo convierten a una forma no
corrosiva.
También se deberá agregar una formulación para incrementar el pH del agua
de alimentación y proteger el metal de la acción corrosiva del agua y componentes
traza que pudiese haber en el agua que se procesa en el ciclo de calentamiento y
evaporación en la caldera.Este esquema de tratamiento tiene las siguientes
ventajas:
1: Protege la caldera de la corrosión.
2: No hay forma de tener incrustaciones por precipitación de sales insolubles y
sólidos suspendidos
3: No hay formación de espuma en la caldera, lo cual afecta la calidad del vapor y
causa problemas de operación en la caldera.
4: La formulación del producto que protege la caldera, no esta sujeta a variables en
la composición del agua o a criterios del operador. Siempre es un mismo esquema

160. 160
de tratamiento independientemente de la naturaleza y calidad del agua de suministro
o fuente de abastecimiento.
5.5 Purificación del vapor
El último paso en la producción de vapor, por una caldera, es la separación de su
contenido, en una parte de agua libre de vapor; y la otra parte de vapor libre de
agua.
Vapor libre de agua.- Cuando el vapor llega hasta el domo colector o a la cámara
colectora, está impregnado de partículas de humedad y de espuma. Esta
humedad contiene sales solubles y precipitados (dependiendo de las impurezas
contenidas en el agua). Con las presiones altas, aparecerán vapores de sílice y
otros minerales.El vapor saturado que se usa en una instalación de calefacción o
para procesos de fabricación, no requiere, por lo general, un alto grado de
purificación. El vapor seco, para fines comerciales (de 97% de calidad), es
adecuado para cualquier uso y se obtiene con separadores del tipo primario o por
separación por gravedad.
El vapor súper calentado, especialmente el que se emplea en las turbinas de alta
presión, debe tener una pureza extrema. Se necesita vapor con una
contaminación muy baja, de unas 0.03 ppm, para evitar adherencias de sales
(incrustaciones) en el super calentador y en la turbina. Estos depósitos o
incrustaciones, ocasionan los siguientes problemas:
1. El problema de la limpieza, lo suficientemente serio, como para imponer paros
ocasionales.

161. 161
2. Reducción en la efectividad de la transmisión de calor del súper calentador.
3. Trastorno de la eficiencia de la turbina (una caída del 5% en la potencia de
régimen, no es rara).
Para evitar la formación de estas incrustaciones, se requiere la completa eli-
minación de lo siguiente:
1. El arrastre mecánico de humedad, que contenga productos químicos en
solución.
2. Partículas de materia sólida finas, en suspensión.
3. Los vapores que se solidifican al condensarse, ocasionando daños.
4. Disolver en el vapor compuestos que puedan formar cristalizaciones.
El arrastre de humedad y sales se reduce al mínimo, empleando aditamentos
interiores en el domo (llamados también purificadores de vapor).
Agua libre de vapor:La eliminación del vapor del agua que circula, es una cosa
muy importante en las calderas de alta presión con circulación natural. Es
indispensable, si se ha de mantener la proporción de la circulación al máximo, en
tanto que el error en la mira del nivel se reduce al mínimo. A 98 kg/cm (1 400
lb/plg2
), los tubos de bajada sufrirán una reducción del 10 al 15% en la circulación,
si el agua contiene 1% de vapor en proporción de peso (aproximadamente el 10%
en volumen).

162. 162
5.6 Cuadro de fallas, causas posibles, y acciones correctivas a aplicarse.
FALLAS EN EL ARRANQUE
FALLA CAUSAS SOLUCION
El quemador y el ventilador
no arrancan
Bajo nivel de agua Nivelar el agua al límite
determinado.
Falla del sistema de energía
eléctrica.
Cambio de cableado por
corto circuito o de otras
partes relacionadas.
Interruptor manual
defectuoso en posición off.
Corregir el switch del
interruptor o cambiarlo.
Control de operación o
controles de carácter límite
defectuosos o
descalibrados.
Calibración de los controles
o cambios.
Voltajes demasiado altos o
bajos.
Nivelación de los voltajes
requeridos
Control principal de
combustión apagado o
defectuoso.
Encender el control principal
o hacer los cambios
necesarios de este.
Fusibles defectuosos en el
gabinete de la caldera,
térmicos del motor del
ventilador o del motor del
compresor que saltan.
Cambio de fusibles y ajuste.
Contactos o arrancadores
eléctricos defectuosos.
Cambios de los contactos.
Del compresor y/o ventilador
defectuosos.
Cambio de la paleta del
ventilador o verificación del
mecanismo de este y del
compresor.
Mecanismos de modulación
de fuego alto y bajo no se
encuentran en la posición
adecuado de bajo fuego.
Colocar en la posición
adecuada.
Fallo en el sistema del fluido
eléctrico.
Verificación de cableado de
alimentación eléctrica.

163. 163
FALLAS EN EL ENCENDIDO
FALLA CAUSAS SOLUCION
Ventilador y quemador
arrancan pero no hay llama
principal
No hay ignición (falla de
chispa, hay chispa pero no
hay llama piloto, válvula
solenoide a gas defectuosa,
interruptor bajo fuego
abierto).
Verificación del mecanismo
de ignición y corregir la
válvula de gas.
Hay llama piloto, pero no
hay llama principal (llama
piloto inadecuada, falla en el
sistema de detección de
llama, falla en el suministro
principal de combustible,
programador ineficaz).
Verificación de la
suministración de la
cantidad de combustible y
del mecanismo de
operación.
Hay llama de bajo fuego,
pero no de alto fuego (baja
temperatura de combustible,
presión inadecuada de la
bomba, motor modutrol
deficiente, articulación suelta
o pegada).
Subir la temperatura del
combustible, regular la
presión de la bomba.
Falla de llama principal
durante el arranque (ajuste
defectuoso de aire
combustible, control de
combustión o programador
defectuoso).
Ajustar la cantidad de aire
para la debida combustión,
también verificar el
programador que permita
esta operación.
Falla de llama durante la
operación (Combustible
pobre e inadecuado,
fotocelda deficiente, circuito
limite abierto, interruptor
automático no funciona
correctamente, motores
ocasionan sobrecargas,
control de combustión o
programador defectuosos,
calibración de quemador
incorrecta).
Proporcionar mayor cantidad
de combustible o de mejor
calidad, cambio de fotocelda
y del interruptor automático.
Calibración del quemador.

164. 164
FALLAS EN LOS MATERIALES
FALLA CAUSAS SOLUCION
Por corrosión
Proceso de acción erosiva
ejercida sobre la superficie
interna de la caldera por la
acción mecánica de
materiales sólidos,
abrasivos, transportados por
el agua o los gases en
circulación. La corrosión
también se presenta por
oxidación.
Verificación de las paredes
internas de la caldera cada
cierto tiempo.
Desaparecer el oxido
mediante una limpieza con
lijas.
Por sobrecalentamiento
Cuando los materiales de
fabricación de la caldera son
expuestos a altas
temperaturas se presentan
fallas de diferentes tipos
dependiendo de las causas
que la generan.
Someter la caldera a las
temperaturas por debajo del
límite para tener un
rendimiento constante.
Cuidar las condiciones de la
caldera.
Soldadura y construcción
El conjunto de partes
soldadas no debe ser
poroso ni tener inclusiones
no metálicas significativas.
Deben formar contornos
superficiales que fluyan
suavemente con la sección
que se está uniendo y no
tener esfuerzos residuales
significativos por el proceso
de soldadura.
Implosión y explosión
Las explosiones en calderas
suelen ocurrir cuando la
presión a la que está
operando la caldera supera
la presión para la cual fue
diseñada. Generalmente
esto ocurre cuando algunos
de los sistemas de alarma o
control están descalibrados,
dañados o no funcionan.
Calibrar los sistemas de
alarma y control para estar
al tanto de la presión.
Las implosiones en calderas
ocurren generalmente
cuando el flujo de agua de
entrada para producir vapor
no ingresa al equipo,
ocasionando un
sobrecalentamiento
excesivo y el colapso del
material.
Regular las válvulas de
entrada del agua para ser
calentada, desempeñar
buen funcionamiento del
flujo de agua para producir
vapor.

165. 165
EVENTUALES
INCONVENIENTES
CAUSA POSIBLE SOLUCION
Aparece agua en la base
de la caldera.
Perdida por las conexiones de
calefacción.
Revisar las conexiones de
calefacción.
Abre la válvula de seguridad
debido a una excesiva presión
en la línea de alimentación
permanente
Verificar que la línea de
alimentación permanente no
sobrepase el límite de
presión.
Condensación.
Si es la primera vez que se
pone en marcha la caldera
esperar 10 minutos, si la
caldera sigue condensando
(se manifiesta como si la
caldera estuviera
transpirando) puede ser
algunas de las causas
anteriores.
La temperatura que se fijó
en el termostato es muy
baja, suba la temperatura de
la caldera pero no supere los
75°C.
El piloto no enciende.
Aire en la cañería de gas.
Mantenga apretada la perilla
de la válvula hasta que
purgue el aire.
No hay gas.
Verifique que la llave de
corte general de gas a la
caldera esté abierta.
No seleccionó correctamente
la posición de la perilla de la
válvula.
Colocar la perilla en la
posición correcta.
Se apaga el piloto cuando
enciende el quemador.
Hay poca presión de gas. Verificar la presión de gas a
la caldera.
Se apaga el piloto muy
seguido.
Tiraje de ventilación deficiente. Verifique que la ventilación
cumpla todos los requisitos.
El quemador no enciende
Actuó el termostato límite de
seguridad. (Reset)
Rearmar manualmente,
destornillar la tapa plástica y
pulsar el botón de rearme
manual. Este termostato
actúa cuando la temperatura
sobrepasa los 90°C,
verifique que el termostato
de regulación no supere los
75°C, verifique que el
sistema esté lleno de agua,
verifique que la bomba de
calefacción funcione.
El piloto está apagado. Encienda el piloto.
No seleccionó correctamente
la posición de la perilla de la
válvula.
Colocar la perilla en la
posición correcta.

166. 166
El quemador hace
explosiones al encender. Tiraje de ventilación deficiente.
Verifique que la ventilación
cumpla todos los requisitos.
El piloto se corrió de lugar y se
alejó de los quemadores.
Acercar la llama del piloto a
la superficie de los
quemadores, sin tocarla.
La llama de quemador es
amarillenta.
Hay poca presión de gas. Verificar la presión de gas a
la caldera.
La caldera no calienta. Hay poca presión de gas. Verificar la presión de gas a
la caldera.
La caldera calienta muy
rápido, el quemador
queda encendido poco
tiempo y luego se apaga,
además, no hay
calefacción en la casa.
Hay alguna llave esclusa
cerrada.
Controle que todas las llaves
esclusas estén abiertas.
Las llaves de los radiadores
están cerradas.
Abrir las llaves de los
radiadores.

167. 167
VI. DISCUSIÓN
Una caldera de vapor para cada necesidad
Caldera acuotubular o caldera pirotubular
Al adquirir calderas de vapor nos preguntamos a qué principio constructivo
debemos dar la preferencia.
En esta sección, trataremos de establecer las ventajas e inconvenientes de cada
tipo de caldera y las implicaciones constructivas de su funcionamiento.
1.- Características constructivas
Caldera acuotubular (generador de vapor rápido):
El funcionamiento de este tipo de caldera está basado en el principio de tubos de
agua; el agua de alimentación se calienta y vaporiza en un solo circuito. En el
modelo de tubos de agua sin cámara de vapor específica el volumen de agua
requerido es bastante pequeño. El agua se vaporiza rápidamente.
Caldera pirotubular:
En las calderas pirotubulares las superficies de calefacción en contacto con las
llamas y los gases de combustión son irrigados con agua, calentada y vaporizada
gracias a su circulación natural interna. Las burbujas de vapor ascienden y se
acumulan en la cámara superior, de donde salen en forma de vapor. Estas calderas
están diseñadas según el principio de dos o tres etapas, con hogar de combustión y
tubos de humos. Por lo tanto, este tipo de caldera se llama también pirotubular.

168. 168
2.- Precios
Los precios de compra de los generadores de vapor rápidos son considerablemente
inferiores a los de las calderas pirotubulares; un generador de vapor rápido, según
sea su tamaño y potencia, resulta entre un 25 y un 40 por ciento más barato que una
caldera pirotubular de similares prestaciones. Las mayores diferencias de precio se
dan en las calderas con reducida potencia y en la gama de presiones altas.
3.-Evaluación técnica
Gracias a su diseño basado en las leyes de la física, la caldera pirotubular presenta
unas características perfectas para la transferencia y acumulación de calor, con lo
cual se consigue una calidad de vapor y una estabilidad de presión óptimas. A causa
de la total separación de las cámaras de agua y vapor se obtiene un vapor
sobresaturado de alta calidad, ya que las partículas de agua permanecen en la
caldera.
El control de falta de agua se efectúa de forma segura y directa mediante
dispositivos de regulación y control del nivel de aguas provistas de sondas con
electrodos. Éstos ofrecen una alta seguridad y eliminan prácticamente por completo
las averías por falta de agua. Gracias a su cámara de vapor
específicamentediseñada y generosamente dimensionada respecto a su potencia, la
caldera pirotubular resiste bien las fluctuaciones debidas a la extracción de vapor,
suministrando un vapor seco incluso cuando se sobrecarga momentáneamente la
potencia de la caldera.

169. 169
El gran volumen de agua, la profusa mezcla del agua de alimentación con el
agua caliente de la caldera y las extensas superficies de calefacción irrigadas con
agua hacen las calderas pirotubulares más resistentes contra las incrustaciones de
cal y la corrosión por el lado de agua.
Comportamiento durante la operación del equipo.
Además del inconveniente de las fluctuaciones de presión en un generador de
vaporrápido con respecto a las calderas de gran volumen de agua, se dan todavía
otros,cuando dos o más calderas de circulación forzada suministran vapor a un
sistema común.En este caso debe asegurarse especialmente que las calderas
montadas en paralelo se regulen y controlen por el lado de vapor de tal forma que
resulte imposible extraer libremente de las calderas todo el vapor producido mientras
el quemador está en servicio.
Cuando una caldera se utiliza como caldera primaria, regulada a presión más
alta, y la otra como secundaria, regulada a una presión más baja, la máxima
potencia de la caldera secundaria sólo podrá obtenerse cuando su presión sea
superior a la existente en la red general, y, por lo tanto, se produzca aportación de
vapor. Durante el tiempo transcurrido hasta superar la presión de la red puede
producirse un sobre calentamiento del generador de vapor rápido, lo que repercute
negativamente en la vida útil del mismo. Esta circunstancia no se da en las calderas
de gran volumen de agua.En el diagrama siguiente, la curva de demanda de vapor
(en gris) muestra un trazado característico según se da en la práctica.La curva en
rojo muestra las fluctuaciones de la presión del vapor, muy reducidas, de una
caldera pirotubular.

170. 170
La curva en azul muestra las fluctuaciones de la presión del vapor, entre 5,5 y
9 bar, en un generador de vapor rápido.
En resumen, Los generadores de vapor rápido deben emplearse cuando no
hay exigencias especiales respecto a la calidad del vapor (humedad) y la estabilidad
de la presión (temperatura constante), y también cuando la acumulación de reservas
no es importante.En caso de potencias superiores a los 2000kg/h o de un
funcionamiento continuo de cada una de las calderas de gran volumen de agua
(calderas pirotubulares), éstas resultan más ventajosas, porque su coste abarca un
período de funcionamiento más largo.

171. 171
VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Como conclusión principal del presente trabajo podemos reconocer el rol
fundamental que les corresponde a las calderas de vapor en diversos procesos
industriales, donde el vapor es el elemento principal, como es el caso de las plantas
conserveras de pescado, carnes etc., o en la industria textil, la industria láctea y
muchas otras áreas que emplean el vapor como fuente de energía para sus
procesos.Por esta razón, se debe considerar, la importancia de un adecuado
sistema de mantenimiento que se debe prestar a todas y cada una de las partes
constitutivas a fin de garantizar el óptimo funcionamiento y la preservación de su
vida útil.
En este contexto, nos permitimos hacer algunas recomendaciones puntuales,
a manera de guía para lograr en forma sencilla la práctica del mantenimiento
eficiente del caldero y de todo el sistema de vapor, dirigidas a los operadores,
técnicos e ingenieros de una planta de vapor:
 Nunca evite anticiparse a las emergencias. No espere hasta que algo
suceda para empezar a pensar.
 Siempre estudie cada situación de riesgoposible y sepa exactamente lo
que haya que hacer.
 Nunca empiece el trabajo en una planta sin trazar cada línea de tubería y
aprender la situación y objeto de cada válvula. Conozca su oficio.

172. 172
 Siempre proceda con las válvulas o dispositivos rápidamente pero sin
confusión en tiempo de emergencia. Usted puede pensar mejor andando
que corriendo.
 Nunca permita que los sedimentos se acumulen en las conexiones de los
niveles de vidrio o de las columnas de agua. Un falso nivel puede inducirle
a error y hacer que usted lo sienta.
 Siempre purgue cada conexión de nivel y/o columna de agua al menos
una vez al día. Formar buenos hábitos puede significar una vida más larga
para usted y para los equipos de la planta.
 Nunca de órdenes verbales para operaciones importantes o informe de
tales operaciones, sin registro escrito. Tenga algo en que apoyarse
cuando usted lo necesite.
 Siempre acompañe las órdenes de operaciones importantes con un
memorando escrito. Use un libro de registros escritos para registrar cada
hecho importante o suceso inusual
 Nunca encienda un fuego bajo una caldera sin hacer una doble
comprobación en el nivel de agua. Muchas calderas han sido destruidas y
muchos trabajadores han perdido su trabajo por esas causas.
 Siempre tenga al menos un nivel de agua antes de encender. El nivel
deberá estar verificado por los grifos del nivel. Usted no sufrirá por ser
demasiado cuidadoso.
 Nunca encienda un fuego debajo de una caldera sin comprobar todas las
válvulas ¿Por qué tentar a la suerte?.

173. 173
 Siempre asegúrese de que las válvulas de purga estén cerradas y los
venteos, válvulas de las columnas de agua y grifos de los manómetros
estén abiertos.
 Nunca abra una válvula bajo presión rápidamente. El repentino cambio de
presión o golpe de ariete resultante puede causar la rotura de la tubería.
Siempre utilice el by pass si lo hay. Despegue la válvula de su asiento y
espere a que la presión se iguale. Después, abra lentamente.
 Nunca corte o saque de línea a una caldera a no ser que la presión este
dentro del rango de presión del colector. Someter a una caldera a las
tensiones de la presión resulta sumamente peligroso.
 Siempre vigile el manómetro de cerca y esté preparado para cortar las
calderas abriendo la apertura de la válvula de corte, sólo cuando las
presiones estén igualadas.
 Nunca suba una caldera a su presión máxima sin probar la válvula de
seguridad. Una caldera con la válvula de seguridad atascada está tan
seguro como jugar con dinamita.
 Siempre despegue la válvula de su asiento manualmente con su palanca
y mientras la caldera está a ¾ de la presión de despegue.
 Nunca dé por seguro que las válvulas de seguridad están en buenas
condiciones. En la planta de calderas no hay lugar para conjeturas
 Siempre suba periódicamente y despegue la válvula de su asiento con la
palanca de elevación mientras la caldera esté a presión. Pruebe a subir la
presión de despegue al menos una vez al año.

174. 174
 Nunca aumente la presión de consigna de una válvula de seguridad sin
autorización. Han ocurrido serios accidentes por incumplimiento de esta
regla.
 Nunca cambie el ajuste de una válvula de seguridad más del 10%. El
funcionamiento correcto depende de un muelle adecuado.
 Siempre tenga las válvulas conectadas, con un resorte nuevo y
recalibrado por el fabricante para cambios de no menos del 10%.
 Nunca apriete una tuerca, tornillo o rosca de tubo bajo presión de vapor o
aire comprimido. Muchos han muerto haciéndolo.
 Siempre juegue sobre seguro con esta regla, lo que está a punto de
romperse no tiene una señal o signo de alarma.
 Nunca golpee un objeto sometido a presión de vapor o aire comprimido.
Este es otro camino hacia el cementerio.
 Siempre juegue sobre seguro con esta regla, usted no puede decir que
gota es la que colma el vaso.
 Nunca permita a personas no autorizadas tocar lo que no deben en el
equipo de una planta de vapor. Si no se dañan ellos mismos, pueden
dañarle a usted.
 Siempre mantenga fuera de la planta a los incompetentes y coloque la
operación de la planta en manos de las personas adecuadas. Una sala de
calderas no es un lugar para poner un club de reuniones.
 Nunca deje una válvula de purga abierta y desatendida cuando la caldera
está a presión o con el quemador en marcha. Juegue sobre seguro, la
memoria puede fallar.

175. 175
 Siempre compruebe el nivel de agua antes de purga y tenga una segunda
persona vigilando el nivel de agua mientras usted purga la caldera. Cierre
la válvula de purga y después vuelva a probar el nivel de agua. De ese
modo, usted evitará quemar la caldera por falta de agua.
 Nunca permita a nadie entrar en el calderil de una caldera sin seguir las
normas de seguridad respectivas, para entrar en espacio confinado.
 Siempre asegúrese de que la caldera este fría antes de entrar en ella, de
que hay suficiente oxígeno según las normas, de que tenga un cartel de
aviso a la entrada que diga “trabajador dentro”, de que haya una persona
de emergencia en la entrada y cerciórese de que todas las válvulas de
entrada y salida de calderas estén cerradas.
 Nunca permita reparaciones importantes en la caldera sin autorización. Si
usted quebranta esta ley, se estará jugando la seguridad.
 Nunca trate de encender un segundo quemador mediante la llama del
primero funcionando. Puede estar provocando un serio retroceso de llama
o explosión.
 Siempre siga la secuencia de arranque del fabricante sobre las calderas
multiquemador, incluyendo la prueba de ignición de llama comprobando
mediante los controles de los quemadores instalados y usted evitará la
explosión del hogar.
 Nunca intente encender un quemador sin ventilar el hogar y el resto de los
conductos de la caldera. Las quemaduras son graves.
 Siempre permita al tiro limpiar el hogar de gases y polvo según el periodo
de purga prescrito. Cambie las condiciones de uso lentamente.

176. 176
 Nunca se equivoque al informar de un comportamiento inusual de una
caldera o de otros equipos. Puede ser una señal de peligro.
 Siempre consulte a alguien autorizado. Dos cabezas piensan mejor que
una.

177. 177
VIII. REFERENCIALES
 Lawrence Kohan, Anthony. Manual de Calderas, Principios Operativos de
Mantenimiento, Construcción e Instalación. 3ra edición, Editorial Mac Graw
Hill, Madrid 2002.
 Gonzales Fernández, Francisco Javier. Mantenimiento Industrial Avanzado,
2da edición. F.C. Editorial, Madrid, 2009.
 Mora Gutiérrez, Alberto. Mantenimiento. Planeación, Ejecución Y Control.
Editorial Alfaomega Colombiana S.A. Bogotá, 2009.
 Gaffert G.A. Centrales de Vapor. Editorial Reverte, Barcelona, 2001.
 Pantin Gonzales, José. Cálculo Técnico de Calderas de Vapor. Editorial
Contrafer, Barcelona 2005.
 Molina Igartua, Luis A. Calderas de Vapor. Editorial Ente Vasco de Energía,
Bilbao, 1995.
 Pérez Silva, Francisco. Generadores de Vapor. KRK Ediciones, Bogotá 2007.
 Sandford, John F. Máquinas Térmicas. Editorial Universitaria de Buenos
Aires. Buenos Aires, 2005.

178. 178
 Instituto Centroamericano de Investigación y Tecnología Industrial.
Mejoramiento de la Eficiencia de Operación de Calderas de Vapor.
Guatemala, 1998.
 Shiels, Carl D. Calderas: Tipos, Características y sus Funciones. Editorial
CECSA, México D.F. 2006.
 http://www.suramericana.com/Publicacion/pdfProductos/vapor.PDF
 http://www.lopezhnos.es/producto/pirotubular/index.html
 http://www.apleiningenieros.com/detecciondefugas.pdf

179. 179
IX. APÉNDICE
9.1 GLOSARIO DE TÉRMINOS
 Acuastato de caldera. El acuastato, normalmente denominado "termostato
de caldera", controla la temperatura del agua en la caldera y, en función de
las necesidades de energía, proporciona las instrucciones de funcionamiento
correspondientes al quemador. El termostato de caldera se complementa,
como mínimo, con un termostato de ambiente, que eventualmente se puede
programar, situado en una habitación desde la que controla a distancia el
funcionamiento de la caldera.
 Atmosférico (quemador de gas). En una caldera atmosférica, el caudal de
gas bajo presión genera todo o parte del aire comburante necesario para la
combustión. La parte de aire que se induce así se llama aire primario; el
complemento de aire secundario se añade en el hogar. Este sistema de
combustión es el más utilizado en las calderas tradicionales. Es poco
costoso, pero presenta algunas limitaciones: el rendimiento de combustión
es más bien débil, la marcha del quemador es siempre la misma, las
emisiones contaminantes son mayores y la evacuación del humo depende
de las limitaciones de tiro.
 Bomba de alimentación. Bomba gobernada por un control que supervisa el
nivel de agua real de la caldera y agrega agua solamente cuando se
necesita. El control de la bomba se monta en la caldera.

180. 180
 Bomba de condensados. Bomba controlada por un interruptor montado en
el tanque recibidor. Cuando este tanque se llena, agrega agua a la caldera,
lo mismo si ésta la necesita o no.
 BSPT – British Standard Pipe Taper.Estándar británico para sistema de
roscas de tuberías.
 BTU – British Thermical Unit. Unidad térmica británica. Cantidad de calor
requerido para elevar la temperatura de 1 libra de agua, en un grado
Fahrenheit. Es una definición aproximada, pero suficientemente exacta para
los efectos de este catálogo.
 Caballo de fuerza de potencia de caldera. Potencia necesaria para
convertir 34,5 libras de agua por hora a 212°F (100°C), en vapor a 212°F
(100°C). Equivale a un calor cedido de 33,475 BTU/hora, que
esaproximadamente igual a 140 pies cuadrados de radiación de vapor
(EDR).
 Condensación (caldera de). El humo generado por la combustión del
petróleo o del gas contiene vapor de agua. La energía que contiene este
vapor de agua representa en torno a un 10% del poder calorífico inferior
(PCI) del combustible. En las calderas de condensación, el humo se enfría al
entrar en contacto con el circuito de retorno del agua de la calefacción: al
enfriarse, el humo cede su energía latente al agua de calefacción y el
rendimiento térmico de la caldera aumenta en función de ésta. El

181. 181
rendimiento térmico de una caldera de gas natural, cuando se expresa con
respecto al PCI, puede superar el 100% y alcanzar un máximo teórico del
112%, superior al rendimiento de una caldera tradicional.
 Doble servicio (caldera de). La caldera de doble servicio produce a la vez
la energía de calefacción y el agua caliente sanitaria. Es una solución
económica y práctica porque sólo necesita una instalación y un
mantenimiento único.
 Gas soplado (quemador de). Se trata de un quemador mecánico que
difunde el gas y el aire en la cámara de combustión de la caldera. Es un
dispositivo poco costoso pero más contaminante y más ruidoso que un
quemador de pre mezcla.
 Grupo de seguridad en circuito de calefacción. El grupo de seguridad
integra tres funciones: un manómetro que indica la presión del agua de la
instalación, una válvula de seguridad que evita los excesos de presión y un
purgador que evacua el aire aprisionado en los conductos.
 Llama transparente (quemador de petróleo de "llama transparente"). Un
quemador de fuel de "llama transparente" tiene integrado un dispositivo de
recirculación de los gases quemados en la llama para enfriarla. Las
emisiones contaminantes de NOx de un quemador de "llama transparente"
son muy limitados (menos de 120 mg/kWh).

182. 182
 Medio ambiente y emisiones contaminantes. La combustión de fuel y gas
produce dos gases con efecto invernadero: dióxido de carbono (CO2) y
óxido de nitrógeno (NOx). Al consumir menos energía (gracias a un
rendimiento más elevado) y realizar una combustión completa, una caldera
moderna contamina tres veces menos que una caldera antigua. Como es el
caso de las calderas con quemador de pre mezcla (gas) y llama
transparente (fuel). Además, estas calderas modernas utilizan quemadores
cuyas emisiones sonoras son especialmente débiles. Por último, la
utilización de sistemas de regulación climática modernos y programables con
termostato de ambiente y sonda exterior permite optimizar el consumo de
energía.
 PCI (poder calorífico inferior del combustible). El PCI de un combustible
es la energía que se crea en la combustión de un litro de petróleo o de un
m3 de gas. A título informativo, el PCI de un litro de fuel o de un m3 de gas
es de alrededor de 10 kWh (la energía correspondiente a una potencia de 10
kW durante una hora).
 PCS (poder calorífico superior). El PCS equivale al PCI más el calor
latente del vapor de agua producido por la combustión. Este vapor de agua
contiene una energía equivalente al 10% del PCI del combustible: el PCS
corresponde por lo tanto aproximadamente al 110% del PCI. Condensando
este vapor de agua (es decir, enfriándolo a una temperatura inferior a 58ºC
para el gas natural), se puede recuperar ese calor, con lo que se aumenta el
rendimiento térmico de la caldera (véase la caldera de condensación).

183. 183
 Potencia. La potencia de una caldera designa en general la potencia útil que
transmite efectivamente la caldera al circuito de calefacción. La potencia se
expresa en kW (1 kW = 1.000 W) o en Kcal (1 Kcal = 1.000 cal = 1,36 kW).
La potencia necesaria para calentar una vivienda de tamaño medio varía
según el país y la calidad del aislamiento del inmueble entre 10 y 35 kW. Sin
embargo, también hay que tener en cuenta la potencia necesaria para
producir agua caliente sanitaria, que a menudo es el elemento crítico en la
elección de una caldera.
 Pre mezcla (quemador de gas). En un quemador de pre mezcla, el gas se
mezcla con todo el aire primario antes de que un ventilador los inyecte en la
rampa del quemador, dentro de la cámara de combustión: la mezcla de aire
y de gas es perfectamente homogénea y permite una excelente combustión
con emisiones contaminantes muy bajas. Además, este quemador permite
generar una potencia importante con un rendimiento muy alto en una cámara
de combustión de pequeñas dimensiones (y por lo tanto en una caldera
compacta). Por último, la potencia de un quemador de pre mezcla se puede
modular para adaptar constantemente su funcionamiento a las exigencias de
calefacción, conservando al mismo tiempo una potencia elevada.
 Presión. Fuerza por unidad de superficie, tal como libra por pulgada
cuadrada o newton por metro cuadrado.
 Presión absoluta. Presión real sobre cero, o presión atmosférica añadida a
la presión del medidor. Seexpresa como presión unitaria.

184. 184
 Presión atmosférica. Peso de una columna de aire, de una pulgada
cuadrada de sección transversal, que va desde la tierra hasta las capas
superiores de la atmósfera. Este aire ejerce una presión de 14,7 libras por
pulgada cuadrada a nivel del mar, donde el aguahierve a 212°F (100°C). A
mayor altura, menor presión atmosférica y correpondientemente, más bajas
temperaturas en las calderas.
 PSIG. Pounds per Square Inch Gauge - libras por pulgada cuadrada - 1
PSIG = 6.890 Pa (pascal)
 Purgador (de aire). El purgador de aire suele estar situado en el punto más
alto de la instalación y permite evacuar el aire aprisionado en el circuito de
calefacción. Puede ser manual o automático.
 Quemador de combustible tradicional. La función de un quemador es
convertir la energía del combustible en calor. Un quemador de petróleo
tradicional es barato y produce una llama amarilla: las emisiones
contaminantes (NOx) de estos quemadores no están optimizadas. En
cambio, los quemadores "de llama transparente", aportan un rendimiento
más alto y producen muchas menos emisiones contaminantes.
 Regulación de la calefacción. La regulación de la calefacción gestiona el
funcionamiento de la caldera y de los circuitos de calefacción en función de
las necesidades de calor para la calefacción y la producción de agua
caliente.

185. 185
 Rendimiento de calefacción. El rendimiento de calefacción inmediato de
una caldera corresponde a la relación entre la potencia útil que se transmite
al circuito de calefacción y la potencia consumida (caudal calorífico) por la
caldera. El rendimiento inmediato de una caldera depende de varios
parámetros: la calidad del quemador, el rendimiento del intercambiador de
calor de la caldera, la calidad de la combustión y la limpieza, la regulación y
el aislamiento de la caldera. Las calderas de petróleo y gas modernas
presentan unos rendimientos que varían entre el 92 y el 95%. Las calderas
de condensación ofrecen rendimientos aún más altos (entre el 98 y el
105%). Sin embargo, el rendimiento inmediato no es más que un dato para
apreciar el rendimiento de una caldera. El rendimiento de uso anual, que
tiene en cuenta a la vez la calefacción y el agua caliente sanitaria ofrece una
indicación más pertinente sobre el comportamiento energético de la caldera.
 Rendimiento de uso anual. El rendimiento de uso anual de una caldera
indica su rendimiento energético durante un año y tiene en cuenta las
funciones de calefacción (alrededor del 70% de la energía consumida
anualmente) y de producción de agua caliente sanitaria (ACS) (en torno al
30% de la energía consumida anualmente). Este rendimiento de uso anual
tiene en cuenta el número de arranques y paradas que se realizan durante el
año, los equipos auxiliares de la caldera (circulador del circuito sanitario,
sobre todo) y la regulación de la calefacción.
 Superficie de calefacción. Área superficial que divide la cámara de
combustión de la cámara donde está el agua o vapor. Transmite el calor de
los gases de combustión al agua (o vapor).

186. 186
 Trampa de vapor. Dispositivo para permitir el paso del condensado y del
aire y evitar el paso del vapor.
 Tuberías principales. Tuberías a través de las cuales fluye el medio de
calefacción desde la caldera ocalentador hasta las unidades de calefacción.
 Unidad de calor. En el sistema inglés: pie.libra/segundo, la unidad de calor
es el BTU. En el Sistema Internacional de Unidades, es el joule (1 BTU =
1.060 J).
 Termostato de ambiente. El termostato de ambiente mide la temperatura
del local en el que se encuentra y da las órdenes al circulador de calefacción
o a la regulación de la caldera para mantener la temperatura deseada en la
habitación. Es el tipo de regulación de temperatura más sencillo y el que se
utiliza con más frecuencia en la renovación de instalaciones de calefacción.
 Termostato de caldera. También denominado "acuastato", controla la
temperatura del agua en la caldera y, en función de las necesidades de
energía, proporciona las instrucciones de funcionamiento al quemador. El
termostato de caldera se complementa, como mínimo, con un termostato de
ambiente, que eventualmente se puede programar, situado en una
habitación desde la que controla a distancia el funcionamiento de la caldera.
 Válvula de seguridad o de descarga. Dispositivo para evitar presión
excesiva en una caldera. Debe ser fijada a 15 psi en calderas de presión

187. 187
baja, y a la máxima presión de operación en calderas de alta presión, o
menor, en calderas que no van a ser operadas a su presión máxima.
 Válvula de purga. También denominada válvula de escape. Válvula que
permite que un control de lacaldera sea limpiado, y comprobadas sus
funciones.
 Válvula piloto. Válvula pequeña que se utiliza para controlar una válvula
grande.
 Válvula reductora de presión. Dispositivo para reducir la presión de un gas
o de un líquido.
 Vapor. Agua en estado gaseoso. El vapor formado cuando el agua se ha
calentado hasta el punto de ebullición correspondiente a la presión a que
está sometida. Ver también vapor seco saturado, vapor saturado y vapor
sobrecalentado.
 Vapor de presión baja. Según lo definido por ASME, el vapor de presión
baja es el que se encuentra a 15 PSIG (103.000 Pa) o menos.
 Vapor seco saturado. Vapor saturado que no contiene agua en
suspensión.
 Vaporización. Conversión rápida de agua a vapor, a temperatura alta y
presión reducida, de modo que la temperatura del agua esté por encima del
punto de ebullición a dicha presión.

188. 188
9.2 Diagrama del uso del vapor de agua.
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
9.3 Diagrama del ciclo de una planta de potencia.
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
188
9.2 Diagrama del uso del vapor de agua.
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
9.3 Diagrama del ciclo de una planta de potencia.
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
188
9.2 Diagrama del uso del vapor de agua.
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
9.3 Diagrama del ciclo de una planta de potencia.
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez

189. 189
9.4 Operaciones de mantenimiento preventivo diario
CUADRO DE MANTENIMIENTO DIARIO
Periodo Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes
Observar presión de operación
Observar temperatura de operación
Observar nivel de agua
Observar condiciones generales
Verificar ruidos extraños
Comprobar conexiones eléctricas
Comprobar instalaciones de gas
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
9.5 Operaciones de mantenimiento preventivo semanal
CUADRO DE MANTENIMIENTO SEMANAL
Periodo Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes
Probar bomba de alimentación
Verificar nivel aceite de bomba
Probar calidad de agua
Observar condición de flama
Observar condición de condensador
Inspección de los focos piloto
Inspección de toda la línea eléctrica
Inspección del ventilador
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez

190. 190
9.6 Operaciones de mantenimiento trimestral
CUADRO DE MANTENIMIENTO TRIMESTRAL
Periodo Ene – Mar Abr – Jun Jul - Sep Oct - Dic
Revisión y limpieza de quemador
Revisión y limpieza presusores de gas y aire
Comprobación de indicador falla flama
Chequeo de válvulas
Chequeo de instrumentos de medición
Realizar prueba de CO2
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
9.7 Operaciones de mantenimiento preventivo semestral
CUADRO DE MANTENIMIENTO SEMESTRAL
Periodo Ene – Jun Jun – Dic
Limpieza del quemador
Revisar acoplamientos de quemador
Revisar piezas móviles del caldero
Revisar bujía del quemador
Realizar refractarios y fibra
Limpieza de serpentines
Limpieza de recipientes a presión
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez

191. 191
9.8 Desventajas de usar el vapor sobrecalentado para calentamiento
Propiedad Desventaja
Bajo coeficiente de
transferencia de calor
Reduce la productividad
Se requiere un superficie mayor para la transferencia de
calor
Temperatura variable aun a
una presión constante
El vapor sobrecalentado requiere mantener una
velocidad elevada, de lo contrario la temperatura
disminuirá ya que se perderá el calor del sistema
Calor sensible utilizado
para la transferencia de
calor
Las caídas de temperatura pueden tener un impacto
negativo en la calidad del producto
La temperatura podría ser
extremadamente elevada
Se podrían requerir materiales más fuertes para la
construcción de equipos, requiriendo un mayor costo
inicial.
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez

192. 192
9.9 Dimensiones (mm) y especificaciones técnicas de calderos fabricadosen
el Perú.
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
CALDERA DE AGUA SOBRECALENTADA
UTILIZANDO COMBUSTIBLES SOLIDOS
MODELO
X
MODELO
Y
POTENCIA CALORIFICA CON
COMBUSTION OPTIMA
35.000
KCAL/HORA
50.000
KCAL/HORA
DIMENSION DE CHIMENEA MINIMO 150 MINIMO 175
PRESION DE TRABAJO 1 BAR 1 BAR
PRESION DE PRUEBA EN FABRICA 5 BAR 5 BAR
VALVULA DE SEGURIDAD OBLIGATORIA 3 BAR 3 BAR
TENSION DE TRABAJO 220 V 220 V
DIAMETRO DE CONEXIONES 1" 1/4 1" 1/4
DIAMETRO DE DESAGUES 1" 1"
PRODUCCION DE AIRE VENTILADOR
MAXIMO /MINIMO
125/320
m3/H
125/320
m3/H
RELACION DE CONSUMO COMBUSTIBLE
SECO KG/HORA 2,5 a 3,5 2,5 a 3,5
PESO CALDERA VACIA DE AGUA 265 Kg 420 Kg
CAPACIDAD DE TOLVA
90Kg
250 Kg 250 Kg
NIVEL SONORO 60 dB 60 dB

193. 193
9.10 Relación de potencia y accionamiento
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
9.11 Clasificación del agua de alimentación según su dureza
Grados alemanes Grados franceses Calidad
0 ÷ 8°d 0 ÷ 14°f Agua blanda
0 ÷ 15°d 14 ÷ 27°f Agua semidura
Más de 15°d Más de 27°f Agua dura
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez
POTENCIA
CALORIFICA
CAPACIDAD DE
LA TOLVA
ANCHO
mm.
ALTO
mm.
FONDO
mm.
35.000
KCAL/HORA
90 Kg 920 1200 900
250 Kg 1350 1200 900
50.000
KCAL/HORA
250 Kg 1445 1330 1050

194. 194
9.12 Diagrama aumento de consumo de combustible en función del espesor
de lasincrustaciones.
Universidad Nacional del Callao Ing. Ivo Mariluz Jiménez

195. 195
X. ANEXOS
10.1 Rangos de aplicación del vapor de agua.
Fuente: Sandford, John F. Máquinas Térmicas. Editorial Universitaria de Buenos
Aires. Buenos Aires, 2005.

196. 196
10.2 Especificaciones técnicas para calderas.
Fuente: Especificaciones de la ASME (American Society Mechanical
Engineers).
10.3 Poder calorífico de algunos combustibles para calderos
Grado del
combustible Fuel 
Nombre común HHC (Btu/galón)
Gravedad
específica
1 Kerosene 137.000 0,81
2 Destilado 141.000 0,865
4 Residual muy liviano 146.000 0,90
5 Residual liviano 148.000 0,94
6 Residual 150.000 0,96
Fuente: Gaffert G.A. Centrales de Vapor. Editorial Reverte, Barcelona, 2001.
196
10.2 Especificaciones técnicas para calderas.
Fuente: Especificaciones de la ASME (American Society Mechanical
Engineers).
10.3 Poder calorífico de algunos combustibles para calderos
Grado del
combustible Fuel 
Nombre común HHC (Btu/galón)
Gravedad
específica
1 Kerosene 137.000 0,81
2 Destilado 141.000 0,865
4 Residual muy liviano 146.000 0,90
5 Residual liviano 148.000 0,94
6 Residual 150.000 0,96
Fuente: Gaffert G.A. Centrales de Vapor. Editorial Reverte, Barcelona, 2001.
196
10.2 Especificaciones técnicas para calderas.
Fuente: Especificaciones de la ASME (American Society Mechanical
Engineers).
10.3 Poder calorífico de algunos combustibles para calderos
Grado del
combustible Fuel 
Nombre común HHC (Btu/galón)
Gravedad
específica
1 Kerosene 137.000 0,81
2 Destilado 141.000 0,865
4 Residual muy liviano 146.000 0,90
5 Residual liviano 148.000 0,94
6 Residual 150.000 0,96
Fuente: Gaffert G.A. Centrales de Vapor. Editorial Reverte, Barcelona, 2001.

197. 197
10.4 Dimensiones de tuberías para calderos.
BHP D X L CANT D X L CANT
10 2" X 48" 23 2 1/2" X 48" 2
15 2" X 50" 23 2 1/2" X 50" 2
20 2" X 48" 43 2 1/2" X 48" 2
30 2" X 70" 43 2 1/2" X 70" 2
40 2" X 66" 69 2 1/2" X 66" 2
50 2" X 75" 69 2 1/2" X 75" 2
60 2" X 72" 95 2 1/2" X 72" 2
80 2" X 90" 99 2 1/2" X 90" 2
100 2" X 96" 94 3" X 96" 2
125 2 1/2" X 96" 118 3" X 96" 2
150 2 1/2" X 114" 118 3" X 114" 2
200 2 1/2" X 126" 146 3" X 126" 2
250 2 1/2" X 138" 167 3" X 138" 2
300 2 1/2" X 207" 215 3" X 207" 2
400 2 1/2" X 144" 263 3" X 144" 2
600 2 1/2" X 173" 329 3" X 173" 2
Fuente: Catálogo de Calderas Industriales Futurama México.
10.5 Emisiones usuales de calderas con gas natural y petróleo diesel  2
Gas natural Petróleo diesel 2
Exceso de aire, % 0 10 20 30 0 10 20 30
% CO2 9,47 8,02 8,02 7,45 13,49 12,33 11,3 10,51

198. 198
H2O 19,91 18,38 17,08 15,96 12,88 11,90 11,07 10,36
N2 0,62 71,22 71,73 72,16 73,63 74,02 74,34 74,62
O2 0 1,72 3,18 4,43 0 1,76 3,24 4,50
MW 27,52 27,62 27,68 27,77 28,87 28,85 28,84 28,82
Wgm 768 841 914 986 790 864 938 1011
La composición en % del gas natural es C1=97, C2=2, C3=1, HHV=23,789 Btu/lb y del petróleo diesel2
se tiene: C=87,5, H2=12.5, API=32, HHV=19,727 Btu/lb.
Fuente: Pantin Gonzales, José. Cálculo Técnico de Calderas de Vapor. Editorial
Contrafer, Barcelona 2005.
10.6Intensidad de corrosión en función de la temperatura.
Fuente: Lawrence Kohan, Anthony. Manual de Calderas, Principios
Operativos de Mantenimiento, Construcción e Instalación. 3ra edición,
Editorial Mac Graw Hill, Madrid 2002.
10.7Temperatura de rocío del ácido en función del contenido de azufre.

199. 199
Fuente: Pérez Silva, Francisco. Generadores de Vapor. KRK Ediciones,
Bogotá 2007.
10.8Límites recomendados para el agua de alimentación
Presión tambor
(psig)
Sílice
ppm
Alcalinidad total
ppm CaCO3
Conductividad específica
mh/cm
0 – 300 150 350 3500
301 – 450 90 300 3000
451 – 600 40 250 2500
601 – 750 30 200 2000
751 – 900 20 150 1500
901 – 1.000 8 100 1000
1.001 – 1.500 2 N.E. 150
1.501 – 2.000 1 N.E. 100
Fuente: Especificaciones de la ASME (American Society Mechanical Engineers).
10.9Características del agua en el interior de una caldera acuotubular

200. 200
Fuente: Molina Igartua, Luis A. Calderas de Vapor. Editorial Ente Vasco de
Energía, Bilbao, 1995.

201. 201
10.10Volumen gases de combustión (Vc) en función del exceso de aire
(PCI) paracombustibles líquidos.
Fuente: Gaffert G.A. Centrales de Vapor. Editorial Reverte,
Barcelona, 2001.

202. 202
10.11Índice de exceso de aire en función del porcentaje de CO2
para combustibles líquidos.
Fuente: Gaffert G.A. Centrales de Vapor. Editorial Reverte,
Barcelona, 2001.
10.12 Control automático de calderas con sensores de control continuo.
Fuente: Catálogo de Calderas Industriales Futurama México.
202
10.11Índice de exceso de aire en función del porcentaje de CO2
para combustibles líquidos.
Fuente: Gaffert G.A. Centrales de Vapor. Editorial Reverte,
Barcelona, 2001.
10.12 Control automático de calderas con sensores de control continuo.
Fuente: Catálogo de Calderas Industriales Futurama México.
202
10.11Índice de exceso de aire en función del porcentaje de CO2
para combustibles líquidos.
Fuente: Gaffert G.A. Centrales de Vapor. Editorial Reverte,
Barcelona, 2001.
10.12 Control automático de calderas con sensores de control continuo.
Fuente: Catálogo de Calderas Industriales Futurama México.