Instalaciones Industriales Calderas

7/28/2019 Instalaciones Industriales Calderas

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INDICE

GENERADORES DE VAPOR CALDERAS 4

Conceptualizacin

4Clasificacin de las calderas 4Calderas pirotubulares o de tubos de humo 5

Caractersticas generales 5Ventajas 5Desventajas 6

Calderas acuotubulares o de tubos de agua 6Caractersticas generales 7Ventajas 7Desventajas 7

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN GENERADOR DE VAPOR 8Domo Hervidor 8Hogar 8Sobrecalentador y recalentador 8

Sobrecalentadores Radiantes 9Sobrecalentadores de Conveccin 9

Spray Atemperador 9Economizador 9Precalentadores de Aire 10

Recuperativos 10Regenerativos 10

MANTENIMIENTO GENERADORES DE VAPOR 10El personal 10


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El personal 10

CONTROL EN CALDERAS 16Control de nivel/agua de alimentacin 17

Filosofa del control 17Control a un elemento 18Control a dos elementos 18Control a tres elementos 19

Control de temperatura del vapor 19Objetivo 19Filosofa del control 19

Control de la demanda 19

Objetivo 19Filosofa del control 19

HOGARES 20Introduccin 20Refrigeracin de los hogares 21Distintos tipos de hogares 21

Segn la colocacin de los quemadores el hogar de la caldera puede ser

21Segn el tipo de combustible utilizado 22Otros tipos de hogares 23

COMBUSTION 24Introduccin 24Tipos de combustin 24Exceso de aire 24Rendimiento de la combustin 24Control de la combustin 25Mt d d t l d l b ti 25


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Tiro Equilibrado o Balanceado 34Ventiladores 35

ECONOMIZADORES 35Introduccin 35Clasificacin de los economizadores 36

De acuerdo a la disposicin geomtrica 36De acuerdo a la direccin del gas con respecto a los tubos 37De acuerdo a la direccin relativa del flujo de gas y de agua 37De acuerdo al tipo de superficie absorbente del calor 38

Consideraciones generales 39

CALENTADORES DE AIRE 41Clasificacin 41

Calentadores de aire recuperativos 41Calentadores de aire regenerativos 44

TRATAMIENTO DE AGUA DE CALDERAS

46Introduccin 46Pruebas qumicas 46Elementos qumicos y ecuaciones de reaccin 47cidos, bases y valor de pH 48Solubilidad 48Incrustacin 48

Efectos de la incrustacin 49Identificacin de la incrustacin 50Prevencin de la formacin de incrustaciones 50

T i d l d li i d ld 50


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GENERADORES DE VAPOR

CALDERAS

Cuando buscamos en un diccionario el significado de la palabra caldera, entre las diversas acepcionesque aparecen, encontramos: recipiente metlico, grande y ms o menos redondeado y cilndrico que sirvepara hervir un lquido y generar vapor que ser empleado para producir energa o como sistema de

calefaccin. Viendo esta definicin somos capaces de hacernos una idea de la forma y utilidad de unacaldera, pero de lo que es ms importante, ya podemos saber en que radica su importancia en la industria,que en definitiva es el lo que nos centraremos a estudiar: una caldera es el punto de partida en laproduccin de energa en la inmensa mayora de las empresas.

Una caldera es un cambiador de calor; transforma la energa qumica del combustible en energa

calorfica. Adems, intercambia este calor con un fluido, generalmente agua, que se transforma en vapor deagua. En una caldera se produce la combustin que es la liberacin del calor del combustible y la captacindel calor liberado por el fluido. La caldera es necesaria para poder realizar la gran mayora de los trabajos ya su vez, tambin para el confort de las personas ya que gracias a ella las personas reciben calor en todoslos lugares que posean una caldera. Este calor recibido de la caldera viene dado por los mecanismosbsicos de transmisin de calor: la conduccin es el calor que pasa de una parte a la otra de la pared delhogar, o de los tubos de humos; la conveccin, los tubos de humos se calientan al contacto con losproductos de combustin y, por ltimo, la radiacin se produce un intercambio de calor de la llama a lasparedes del hogar.

Conceptualizacin

Un generador de vapor se define como una combinacin compleja de economizador, caldera,sobrecalentador, recalentador, precalentadores de aire, y equipos auxiliares tales como: alimentador dehorno, pulverizadores, quemadores, ventiladores, equipos de control de emisiones, chimenea, equipo demanejo de cenizas,etc.

Entonces, una CALDERA es un componente del GENERADOR DE VAPOR donde el lquido es

convertido a vapor saturado.El trmino CALDERA es usado como significado de GENERADOR DE VAPOR, sin embargo un

d d l ifi dif j l


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a) Calderas pirotubulares o de tubos de humo

Se caracterizan porque la llama de la combustin se forma dentro de cada hogar cilndrico de la caldera,pasando los humos generados por el interior de los tubos de los pasos siguientes (normalmente dos), para

ser conducidos a la chimenea de evacuacin. De ello, su otro nombre de calderas de tubos de humo.En estas calderas, tanto los hogares, como los tubos de humo estn en el interior de la virola,

completamente rodeados de agua. Para generar vapor, se regula el nivel medio del agua en su interior, deforma que vare dentro de una banda prevista, sirviendo su cmara superior de separador del vaporgenerado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida.

Caractersticas generales:

- Se construyen en tamaos de hasta 18000lbm/hora de vapor.

- El Calor circula por dentro de los tubos y el fluido fro, agua, por fuera de ellos. El calor es transferidopor medio de los humos o gas de la combustin.


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- La caldera escocesa es econmica en su costo inicial, ocupa un mnimo de material refractario y suinstalacin es sencilla.

- Fciles de transportar

- Necesitan relativamente poca rea para su instalacin.- Las calderas escocesas pueden ser operadas bien con aguas contaminadas.

Desventajas:

- Su arranque en fro es demasiado lento para alcanzar la presin de trabajo.

- Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitado y depende del tipo de caldera.

- Con el aumento de la demanda de vapor, la temperatura de los gases se eleva rpidamente.

- No se utilizan para el accionamiento de turbinas.- El tamao de la caja del hogar no puede ser ampliado.

- Su operacin se torna crtica al operar con sobrecarga de ms del 40%.

- Su mantenimiento interior es dificultoso.

- No son empleables para altas presiones (operan de 0-300 PSIG).

b) Calderas acuotubulares o de tubos de agua

Debido a los grandes inconvenientes de las calderas pirotubulares se construyen este otro tipo decalderas. Las calderas acuotubulares se caracterizan porque la llama de los quemadores se forma dentrode un recinto formado por paredes tubulares en todo su entorno, que configuran la llamada cmara decombustin (hogar), pasando los humos generados por el interior de los pasos siguientes, cuyos sucesivosrecintos estn tambin formados por paredes tubulares en su mayora.

La cualidad que diferencia a estas calderas es, que todos los tubos que integran su cuerpo estn llenosde agua o, al menos, llenos de mezcla agua-vapor en los tubos hervidores, en los que se transforma partede agua en vapor cuando generan vapor como fluido final de consumo.


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Caractersticas generales:

- EL fluido, agua, circula por el interior de los tubos y por el exterior los gases producto de la combustin.

- Los tubos que manejan agua y vapor, o tubos descendentes son de acero al carbono

- Estas calderas por lo general son de construccin vertical

- Estas calderas requieren de agua de alimentacin con un tratamiento qumico exhaustivo.

- Estas calderas pueden ser de circulacin natural o forzada.

- Las de circulacin forzada supercrticas no utilizan bomba de recirculacin, y operan con presiones dediseos cercanas o por encima del punto crtico.

U ili l d d i l l i di i i l d l ld l li


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COMPONENTES PRINCIPALES DE UN GENERADOR DE VAPOR

A continuacin se definirn los componentes ms importantes que pueden ser encontrados en un generadorde vapor.

Domo Hervidor

Este componente es tambin llamado Caldera, es un recipiente metlico diseado con las condicionesde presin a las que debe trabajar el generador de vapor.La funcin bsica del domo es la de separar el vapor de la mezcla vapor-agua y mantener el vapor seco.

En las unidades que no tienen economizador, es en el domo donde se dispone el agua previamentetratada y desde ah se distribuye por todos los tubos del circuito bien sea por medio de flujo natural o porflujo forzado. En las unidades con economizador, el agua es precalentada en el economizador antes de ser

llevado al domo.Aquellas unidades denominadas de un solo paso carecen de domo.

Hogar

Un hogar es una cmara donde se efecta la combustin. La cmara confina los productos de lacombustin y debe resistir las altas temperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan.

Sus dimensiones y geometra se adaptan a la velocidad de liberacin de calor, al tipo de combustible y almtodo de combustin, de tal manera que se haga lo posible por tener una combustin completa y se

proporcione un medio apropiado para eliminar las cenizas.Los hogares enfriados por agua, se utilizan en la mayor parte de las unidades de caldera y para todos los

tipos de combustibles y mtodos de combustin. El enfriamiento por agua de las paredes del hogar reducela transferencia de calor hacia los elementos estructurales y como consecuencia puede limitarse sutemperatura a la que satisfar los requisitos de resistencia mecnica y resistencia a la corrosin.

Las construcciones de tubos enfriados por agua, facilitan el logro de grandes dimensiones del hogar, yptimas de techos, tolvas, arcos y montajes de los quemadores, as como el uso de pantallas tubulares,planchas o paredes divisorias para aumentar la superficie absorbente del calor en la zona de combustin.

Tambin reducen las prdidas del calor al exterior.Las superficies absorbentes de calor en el hogar, lo reciben de los productos de combustin y en

i ib di l i d b j d l i i l


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La adicin de calor al vapor despus de la evaporacin o el cambio de estado, viene por un aumento enla temperatura y la entalpa del fluido. El calor se agrega al vapor en componentes de la caldera llamadossobrecalentadores y recalentadores, los cuales se componen de elementos tubulares expuestos a los

productos gaseosos a alta temperatura de la combustin.Las ventajas del sobrecalentamiento y recalentamiento en la generacin de potencia son resultado de la

ganancia termodinmica en el Ciclo de Ranking y de la reduccin de las prdidas de calor debidas a lahumedad en las etapas de baja de presin en la turbina. Con presiones y temperaturas altas del vapor sedispone de ms energa til, pero los avances hacia temperaturas altas del vapor a menudo son restringidospor la resistencia mecnica y la oxidacin del acero y de las aleaciones ferrosas con los que se cuenta en laactualidad y son econmicamente prcticos para su uso en la parte a presin de las calderas y en lasconstrucciones de alabes de las turbinas.

El trmino sobrecalentado se aplica al vapor de ms alta presin y el de recalentado se refiere alvapor de presin ms baja que ha liberado parte de su energa durante la expansin en la turbina de altapresin. Con presin de vapor inicial alta pueden emplearse una o ms etapas de recalentamientos con elfin de mejorar la eficiencia trmica. Se clasifican en dos grandes grupos: Radiantes o de Conveccin.

Sobrecalentadores Radiantes:Por lo general se disponen para expansin directa a los gases del hogar y, en algunos diseos, forman

parte de la cubierta de ste. En otros diseos, la superficie se dispone en forma de espiras tubulares o

planchas, con amplio espaciamiento lateral extendindose hacia el hogar. Esta superficie se expone a losgases a alta temperatura del hogar que se mueve a velocidades relativamente bajas, as que latransferencia de calor se hace por radiacin.

Sobrecalentadores de Conveccin:Se instalan ms all de la salida del hogar, donde la temperatura del gas son ms bajas que las de las

zonas en las que se usan los sobrecalentadores de tipo radiante. Por lo comn, los tubos se disponen en laforma de elementos paralelos, con poco espaciamiento lateral y en bancos de tubos que se extiendenparcial o completamente a travs de la corriente de gas, con el gas fluyendo a travs de los espacios

relativamente angostos entre los tubos. Se obtienen gastos elevados de gas y en consecuencia velocidadesaltas de transferencia de calor por conveccin a expensas de la cada de presin de gas a travs del bancod t b


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Precalentadores de Aire

Los precalentadores de aire al igual que los economizadores extraen calor de los gases de combustincon temperaturas relativamente bajas. La temperatura del aire de entrada es menor que la del agua que

entra al economizador y por tanto es posible reducir an ms la temperatura de los productos gaseosos dela combustin, antes de que se descarguen en las chimeneas.

El calor que se recupera de los gases de la combustin se recicla al hogar junto con el aire decombustin y cuando se agrega a la energa trmica liberada por el combustible, se convierte en energadisponible para la absorcin en la unidad generadora de vapor, con una ganancia en la eficiencia trmicaglobal. El uso de aire precalentado para la combustin acelera la ignicin y fomenta una combustin rpiday completa del combustible.

Los calentadores de aire se clasifican en general como: Recuperativos o Generativos. En ambos se usala transferencia por conveccin del calor, de la corriente del gas a un metal o una superficie slida y latransferencia por conveccin de esta superficie al aire.

Recuperativos: En stos, las partes metlicas estacionarias forman una frontera de separacin entre losfluidos, el que se calienta y el que se enfra, y el calor pasa por conduccin a travs de la pared metlica.

Regenerativos: Hay dos tipos bsicos, en el primer tipo, los elementos de transferencia de calor semueven alternadamente a travs de las corrientes de gas y aire que pasan por ciclos sucesivos decalentamiento y enfriamiento, y reciben la transferencia de calor por la capacidad de almacenamiento

trmico de los elementos. En el otro tipo de precalentador regenerativo, tiene elementos estacionarios y elflujo alterno del gas y del aire se controla al hacer girar las conexiones de entrada y salida.

MANTENIMIENTO GENERADORES DE VAPOR

La atencin y el adecuado mantenimiento de todos y cada uno de los componentes de la instalacin,tendrn como consecuencias una vida ms larga, un funcionamiento deseado y unos gastos de explotacinptimos.Pero la consecuencia ms importante de un buen mantenimiento es que es la clave para un

FUNCIONAMIENTO CORRECTOPor esto es fundamental llevar un libro de registro en el que se anoten los datos operacionales de lainstalacin y que recoja las anomalas, sus correcciones, las reparaciones.


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- Compresores: su funcionamiento: el punto de ajuste, la funcin del presostato de alta, de baja y de aceite.Las funciones de los termostatos y de cualquier otro control de seguridad que se halla instalado en lacaldera.

- Vlvulas automticas de control: tienen que saber como funcionan que regulan como se ajustan.- Vlvulas de cierre manuales, elctricas o neumticas: donde estn situadas y en que situaciones hay que

usarlas.- Vlvulas de seguridad: donde estn situadas, que parte del sistema protege cada una y que debe hacerse

si la vlvula llega a actuar.- Controles elctricos: seleccionadores fusibles, reles, temporizadores. Deben saber la finalidad de cada uno

y lo que protege cada uno.- Cambios de presin y temperatura: cuales son las temperaturas y presiones normales de funcionamiento.

Las causas y los efectos de los cambios de presin o temperatura y que hacer para restablecer lascondiciones normales de trabajo.

Pruebas

Prueba hidrosttica. Prueba de presin

[Normas UNE 9-105-92 ]

Definicin:

La primera prueba de presin de un aparato a presin es la que permite verificar su estanquidad y suresistencia a las deformaciones

La presin de Prueba Pp, viene dada por la expresin: Pp = 1.5 PdDonde Pd es la presin de trabajo en las peores condiciones de trabajo.

Preparacin de la prueba:

1. Limpiar en interior de la caldera y que est libre de obstculos.2. Verificar que todas las zonas del cuerpo resistente a inspeccionar son accesibles y carecen de

cualquier otro recubrimiento

3. El manmetro debe comprender como mnimo en su escala hasta 2.5 Pp.4. Debe haber un precalentamiento del agua, no se aconseja agua a baja temperatura.


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- Taponar extremos de los conductos en el montaje, antes de conectar los terminales, con el fin de evitar laentrada de suciedad y de materiales extraos.

- Dejar las conducciones y equipos a una presin 1,5 veces mayor a la de trabajo, no siendo menor de 6 bar,

en fro.- Realizar pruebas de circulacin de agua, limpieza, filtros, estanqueidad en temperatura de rgimen y medir

presiones.- Efectuar el tarado de rganos de seguridad.

Se debern limpiar debidamente y como marca el reglamento antes de realizar la pruebas. Utilizar aguacon detergente y recircular por las bombas (2h) hasta obtener un PH menor de 7.5 (para instalacionescerradas con temperatura del agua menos a 100) y despus vaciar.- Limpiar tambin bombas, accesorios, filtros.

Pruebas de redes de conductos [UNE 100104]

Los conductos de chapa se probarn de acuerdo con las pruebas requieren el taponamiento de losextremos de la red, antes de que estn instaladas las unidades terminales. Los elementos de taponamientodeben instalarse en el curso del montaje, de tal manera que sirvan, al mismo tiempo, para evitar la entradaen la red de materiales extraos.Complementado el montaje de las redes de distribucin de aire y antes de conectar los terminales sepondrn en marcha los ventiladores hasta que se observe limpio.

Posteriormente se proceder a comprobar la ejecucin, limpieza t acabado de las instalaciones.Tambin se har equipos elctricos, calderas, climatizadores, anotando condiciones de funcionamiento.

Pruebas de libre dilatacin

Una vez que las pruebas anteriores hayan sido satisfactorias y se hayan comprobado hidrostticamentelos elementos de seguridad, las instalaciones equipadas con calderas se llevarn hasta la temperatura detarado de los elementos de seguridad, habiendo anulado previamente la actuacin de los aparatos deregulacin automtica.

Las instalaciones equipadas con calderas se sometern a dicha prueba, una vez realizadas las anteriorescon resultados satisfactorios. Dicha prueba consistir en subir la temperatura hasta alcanzar la de tarado delos elementos.


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podr escuchar el golpe de apertura de la vlvula solenoide de combustible principal, en ese instante, debeencenderse el quemador y la combustin se mantendr perfectamente durante unos tres segundosaproximadamente, pasados los cuales en el quemador deber desaparecer la llama y se encender la

lmpara de bloqueo. Si esto no sucede as, avisar al servicio de mantenimiento correspondiente.Para volver a poner en marcha el quemador, se introducir la clula en su emplazamiento, cuidando quesu parte sensible est dirigida hacia la llama, y a continuacin se accionar el pulsador de rearme odesbloqueo.

NOTA: Aprovechando las operaciones de los puntos 3 y 4, se observar si la parte sensible de la clulafotoelctrica se encuentra limpia. Si no es as, se le pasar un pao que ha de ser suave para no rayar elcristal.

5) Control de las caractersticas del agua de alimentacin de la caldera

Se deber observar que el agua tratada que se est introduciendo en la caldera rene las condicionesespecficas para los generadores de que se trate (acuotubulares o pirotubulares.)

Cada semana

Se comprobara: la instalacinLas tuberas (deterioros y estado del aislamiento)Los aparatos e intercambiadores de calor (suciedad, purgas, filtros...)Se comprobar la ausencia de transpiracin y fugas por los prensaestopas, juntas, etc., y reponiendo estoselementos en caso precisoLas bombas (ruidos o vibraciones anormales)Vlvulas de seguridad, aparatos de control y el correcto estado de los pilotos de sealizacin.

Cada mes

S deber hacer una limpieza de la instalacin, comprobando si los niveles de lquido son los correctos.Limpieza del holln de los tubos del generador, mediante cepillo, aire comprimido, etc., retirando para ello

las tapas que la caldera incorpora a tal fin. Al mismo tiempo que se efecta la operacin descrita en elcircuito de humos, se proceder a la limpieza de las partes internas de la caja de humos, as como a repasarlas juntas, tornillos de sujecin, etc., para conseguir una perfecta estanqueidad en su posterior montaje.


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Se comprobar el estado de aislamiento.Se comprobar el estado de la pintura en el condensador evaporativo.

- De carcter general:

Se comprobar el estado de los contactores y de los aparatos elctricos.Se comprobar el nivel de aceite en el transformador.Se realizar el engrase de cojinetes.Se vaciarn los circuitos de agua.

Del anlisis y valoracin indicados y con los datos tomados, se pueden determinar si las condicionesreales de funcionamiento para saber si este es correcto o no. Independientemente de esa valoracin, existendeterminadas practicas, fruto de la experiencia, que nos ayudaran a saber si el funcionamiento de lainstalacin es correcto.

Purga

Los purgadores van en la parte ms baja de la caldera y algunas veces tambin en el cuerpo cilndrico; seutilizan para sacar una cierta cantidad de agua con el fin de extraer de la caldera los lodos, sedimentos yespumas. Las impurezas de las grandes cantidades de agua vaporizada se van precipitandoconstantemente. En ocasiones se emplea un purgado (por el fondo ) continuo, por medio de un tubopequeo, para sacar las impurezas a medida que se precipitan. No obstante, cuando se sigue esteprocedimiento, los purgadores grandes hay que abrirlos de vez en cuando para sacar completamente los

lodos acumulados.

Proceso de purgado:

- Enchufar una manguera en el extremo del tubo de purga.- Llevar el otro extremo de la manguera a un recipiente colocado en un lugar accesible y ventilado.- Girar de vuelta la tuerca del extremo del tubo de purga.- Abrir de vuelta la vlvula de paso y comprobar que sale nuestro fluido.- Controlar el flujo de salida de aceite mediante la vlvula de paso, para que la purga se haga lentamente.

- Cuando cese de salir el fluido, cerrar la vlvula de paso.- Retirar la manguera

Apretar la tuerca del extremo del tubo


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Posteriormente, la caldera puede secarse por completo con braseros de coque o por medio de unacorriente de aire caliente procedente de un soplador porttil, o bien por ambas cosas dirigida a los cabezalesy tubos.

Una vez bien secos los elementos internos, se colocarn bandejas de cal viva, en la proporcin de 1 Kg. porcada 10 m2, de superficie de calefaccin, en los cabezales y tambor para que quede absorbida la humedadcontenida en el aire encerrado en la caldera. Despus de colocadas de nuevo las puertas de registros dehombre y las tapas de los de mano, debern cerrarse todas las vlvulas y grifos, teniendo la precaucin deevitar por todos los medios que entre agua, vapor o aire en la caldera. Una vez terminada la limpiezaexterior, se introducirn asimismo bandejas de cal viva en el hogar y conductos de gases, de notarse lapresencia de humedad. Las puertas practicadas en la obra de fbrica y conductos debern cerrarse porcompleto, as como los corta-tiros que lo sern hermticamente. En intervalos de tres meses se harn visitas

de inspeccin, rellenando los recipientes de cal a medida que sea necesario. Se tendr muy presente retirartodos los recipientes de cal colocados dentro o fuera de la caldera antes de llenarla de agua y encender.

La caldera queda parada, en situacin de fuera de servicio y conservada en seco, bajo presin denitrgeno, que se usa como barrera para el aire y la humedad.

Procedimiento hmedo

Al optar por el procedimiento hmedo, deber limpiarse la caldera tanto por dentro como por fuera,llenndola despus con agua de alimentacin a travs del economizador hasta alcanzar el nivel de trabajo.

Los reactivos qumicos necesarios para dar al agua la alcalinidad exigida debern introducirse con el agua dealimentacin sin interrupcin alguna con el fin de evitar oscilaciones en la concentracin, que de otra formapodran producirse.

El agua introducida en la caldera deber tener una alcalinidad custica hasta de 850 partes por millncuando se trate de calderas de baja presin, siendo sta inferior a 21 Kg/cm2, no a 35 Kg/cm2, en las quehay que levantar presin en pocos minutos sin haber sido vaciadas y llenas de nuevo. Deber aadirsesulfito de sodio en todos los casos para conseguir una concentracin de 30 partes por milln, que absorba eloxgeno que pueda contener el agua una vez hechos todos los preparativos.

Deber sostenerse a la caldera produciendo vapor por poca presin durante varias horas, con el fin deestabilizar las condiciones del agua y eliminar el oxgeno, apagndola con el nivel de agua alto.


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Desde el punto de vista del equilibrio energtico se debe generar una demanda de carga (de fuego), dela cual se generarn a su vez las demandas de combustible y aire, que proporcionarn el aporte de energanecesario para mantener el equilibrio respecto a la extrada en el vapor. El control de nivel ser elencargado de mantener el equilibrio entre la masa saliente en forma de vapor y la entrante en forma deagua. La temperatura del vapor ser mantenida mediante el control de temperatura de ste, con suinfluencia, tanto en el equilibrio de energa como de masa.

En el sistema de control de una caldera, las diferentes variables interaccionan sobre los diferentes

subsistemas. As, la demanda de carga influir sobre la temperatura de vapor, el caudal de agua sobre lapresin de vapor que a su vez es la causante de la demanda de carga. Por lo tanto, todo el sistema debeser coordinado e implementado de forma que minimice los efectos de dichas interacciones, puesto que elpropio diseo del sistema las puede aumentar.

Una regla general de implementacin ser el uso de circuitos de compensacin de forma que lasperturbaciones en las variables no afecten al proceso. Un ejemplo de esto sera la compensacin segn loscombustibles que se estn usando, de forma que la puesta en servicio de un nuevo combustible nomodifique el combustible total que se introduce en el hogar.

Otro factor a tener en cuenta en el diseo del sistema de control, es la interferencia de los ruidos en elsistema, ya sean ruidos en las medidas o en el proceso. Un ejemplo del primer caso sera el ruido tpico en


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aumento de consumo. Esta disminucin en la presin provoca un aumento en la evaporacin y en el tamaode las burbujas de vapor (esponjamiento) que hace aumentar el nivel. Por el contrario, ante una disminucinen la carga, en lugar de producirse un aumento en el nivel debido a la disminucin del caudal de vapor, se

produce una disminucin debida al aumento de la presin. Esta origina una menor evaporacin y un menortamao en las burbujas de vapor (contraccin) que hace disminuir el nivel.

Control a un elemento

El tpico control de nivel de un elemento que mide la variable (entrada de agua) y regula el caudal deaportacin o extraccin mediante un controlador no es el adecuado para el domo de una caldera, aunque enaquellas calderas pequeas en las que el domo es relativamente grande, y en donde los cambios de cargase producen de una manera lenta, de forma que la presin no se ve muy afectada por dichos cambios, sepuede implementar este tipo de control de un elemento.

Control a dos elementos

El caudal de vapor es la seal ndice que anticipa una variacin en las necesidades de aportacin deagua, de forma que se establecer una relacin entre ste y la posicin de la vlvula. Por otra parte, para elcorrecto funcionamiento de esta estrategia, es imprescindible que la relacin entre la posicin del elemento


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Control a tres elementos

Hemos visto que en el control a dos elementos se utilizaban el nivel y el caudal de vapor. Para conseguirun control de tres elementos aadiremos la medida del caudal de agua de alimentacin. Con ello,

solucionaremos los problemas planteados con anterioridad sobre la necesidad de repetitividad en elelemento final.

Control de temperatura del vapor

Objetivo

Existen calderas cuya produccin es vapor saturado, de tal forma que la temperatura del vapor vienemarcada por la presin de operacin, pues son variables directamente relacionadas. Tambin existencalderas en las que el vapor es sobrecalentado de forma ligera para su mejor conduccin o consumo, peroque se dimensionan de forma que las modificaciones en la temperatura del vapor no sean importantes decara al consumidor. Sin embargo, hay gran cantidad de calderas en las que el vapor generado ha de estar auna cierta temperatura, que asegure el correcto funcionamiento de sus consumidores. En estos casos, enlos que normalmente el grado de sobrecalentamiento es mayor, la imposibilidad de disear la caldera para

que en todas las cargas requeridas produzca el vapor a la temperatura deseada, obliga a controlar sta deforma que se mantenga dentro de los mrgenes de operacin deseados.


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indicar que existe un equilibrio entre la energa suministrada y la demandada. Por otra parte, podremosdecir que existe una relacin 1:1 entre el caudal de vapor y de energa slo cuando las condiciones depresin y temperatura del vapor no sufren variaciones considerables. Sobre estas premisas se puede

establecer lo siguiente: La demanda de vapor = caudal de vapor + error en presin.

El suministro = combustible + aire + agua + el cambio de energa almacenada en el sistema.

El consumo = vapor de los consumidores.

El punto de balance ser el colector de vapor.

La presin se mantendr en su consigna cuando el consumo sea igual al suministro siendoconstante la energa almacenada.

Un aumento en la presin significar que el suministro es superior al consumo.

Un descenso en la presin significar que el consumo es superior al suministro.

HOGARES

El hogar es la cmara donde se efecta la combustin. La misma confina el producto de la combustin ypuede resistir las altas temperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan. Dado que losgeneradores de vapor son esencialmente intercambiadores, y que el calor a transferir proviene de la energadel combustible, se puede inferir que el hogar constituye el transductor primario de la energa. Por ello, lagran influencia de este conjunto en el rendimiento global de una instalacin.

Las dimensiones y geometra del hogar se adaptan al tipo de combustible, al mtodo de combustin y ala velocidad de liberacin del calor, de tal manera que se haga lo posible por tener una combustincompleta y se proporcione un medio apropiado para eliminar la ceniza.

La forma y dimensiones del hogar deben permitir que el combustible queme completamente antes quelos gases de combustin toquen las superficies de la caldera que estn mucho mas fras que ellos, y evitaras que se deposite sobre las mismas holln. Este cuerpo, al depositarse forma una capa que aumenta el

espesor de la chapa transfiriendo entonces menos calor al agua de la caldera. Los gases de la chimeneasaldrn por lo tanto mas calientes originndose mayores perdidas.

La combustin se completa siempre dentro de los lmites del hogar si la caldera est bien diseada y


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Mediante ensayos y correlaciones de datos de temperaturas de humos, se ha encontrado que latemperatura de los humos a la salida del hogar est relacionada con el aporte de calor por elcombustible y con la efectividad de las paredes del hogar.

Refrigeracin de los hogaresEl hogar es netamente un recinto delimitado por paredes, techo y piso de agua. Estas ltimas estn

compuestas por tubos unidos entre s por una membrana metlica, ms conocidos como paredesmembrana o paredes de agua. En ellas es en donde se produce el cambio de estado agua en vapor, o seaque la temperatura de la mezcla que circula dentro de stos, es la correspondiente a la de saturacin a lapresin del domo.

Los hogares enfriados por agua se utilizan en la mayor parte de unidades de calderas, es decir en su

gran mayora, y para todos los tipos de combustible y mtodos de combustin. El enfriamiento por agua delas paredes del hogar reduce la transferencia de calor hacia los elementos estructurales y, en consecuencia,puede limitarse su temperatura a la que satisfaga los requisitos de resistencia mecnica y resistencia a laoxidacin. Las construcciones de tubos enfriados por agua facilitan el logro de grandes dimensiones delhogar y optimas de techos, tolvas, arcos y montajes de los quemadores, as como el uso de pantallastubulares, planchas paredes divisoras, para aumentar la superficie absorbente del calor en la zona decombustin. El uso de hogares con enfriamiento por agua reduce las perdidas de calor al exterior.

Una serie de tubos que forman las llamadas paredes de agua que le dan la forma y encierran la zona

radiante de la caldera pues all el calor es transmitido principalmente por radiacin.Distintos tipos de hogares:


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o Segn el tipo de combustible utilizado:

Hogares para combustibles slidos:

El combustible ms utilizado es el carbn, en calderas mas antiguas se usaba el carbn con un tamao

relativamente grande, en las ms modernas se usa el carbn pulverizado. Este tipo de calderas disponen deuna serie de elementos distintivos como ser:

- Sistema de combustin formado por un sistema de alimentacin de combustible que se colocasobre la parrilla. En esta es donde se realiza la combustin propiamente dicha. La parrilla puede serfija, mvil o vibratoria para favorecer la eliminacin de las cenizas. Tambin puede ser dealimentacin superior o inferior en funcin del punto de fusin de las cenizas y la facilidad paraeliminarlas. Tambin dispone de un sistema de un mechero de fuel o gas que permite encender o

mantener la llama encendida.- Cenicero para la recogida de polvos que se generan en el proceso de combustinEl ms comn de este tipo de hogares es el:

Hogar de emparrillado mecnico:

Los hogares mecnicos se disean para que el combustible se alimente mediante una parrilla, en la que sequema con aire comburente ascendente, que pasa a travs de la misma.La parrilla se ubica en el hogar de la caldera y est diseada para evacuar los residuos o cenizas de lacombustin, que quedan tras el proceso; esta tecnologa se desarrolla para quemar un amplio rango de

combustibles en aplicaciones industriales.


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Los hogares para estos tipos de combustibles son mas sencillos porque el sistema de combustin selimita a los quemadores y por ende el hogar puede estar mas fcilmente formado por los propios tubos de lacaldera (pantallas de agua). El mas utilizado industrialmente es el:

Hogar ciclnico:En el caso de las calderas de combustible pulverizado la combustin no se realiza sobre parrillas sino en

quemadores de manera similar a los de combustible lquido y gaseoso, los cuales mediante el movimientocircular permiten eliminar las cenizas y mejorar la estabilidad de la llama.

o Otros tipos de hogares:

De acuerdo al tipo de caldera puede haber otra clase de hogares, si nos referimos a las calderas

pirotubulares, los hogares pueden ser internos o externos. Los primeros son aquellos que se encuentrancompletamente rodeados por el agua de la caldera. Consta esencialmente de un cuerpo cilndrico cerrado

di d d l t d b d f it l d f i


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COMBUSTION

Introduccin

Definimos la combustincomo una reaccin qumica rpida exotrmica en la que se realiza la oxidacinde una sustancia y la reduccin de otra.Para que se produzca la combustin es necesario que estn presentes tres elementos fundamentales:

Comburente: es la sustancia que se reduce. El comburente ms habitual es el oxgeno contenido en elaire atmosfrico.

Combustible: la sustancia que se oxida, es decir, el elemento que se quema. Los ms habituales sonC, H, O y a veces, N y S.

Temperatura de ignicin: debe ser lo suficientemente elevada como para producir el encendido.

Las reacciones qumicas deben satisfacer unas condiciones para que tengan lugar en el proceso decombustin:

Adecuada proporcin entre combustible y comburente.

La mezcla de las dos sustancias debe ser uniforme.

La temperatura de ignicin se establecer y ser monitorizada de manera que el combustible continesu ignicin sin calor externo cuando comience la combustin.

Tipos de combustin:

Combustin con exceso de aire: Existe una cantidad de aire superior al mnimo necesario. Cuando seutiliza exceso de aire, no se producen inquemados.

Combustin con defecto de aire: Es la que se lleva a cabo con menor cantidad que el aire mnimonecesario. Cuando se utiliza un defecto de aire tiene a producirse inquemados.

Combustin completa: Es aquella donde el carbono se consume completamente; caso contrario lacombustin es incompleta.

Combustin perfecta: Es aquella en la cual el carbono se transforma totalmente en CO 2;En el caso de

producirse CO la combustin imperfecta.Las tres funciones ms importantes que tiene un hogar desde el punto de vista de la combustin son:

a) Proveer el espacio necesario para acomodar la llama sin que sta toque los tubos De no evitar esto


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El rendimiento de combustin es la relacin entre la fraccin de energa realmente liberada en elproceso, y el total terico disponible, que da una idea del grado de aprovechamiento del combustible, paralas condiciones de trabajo dadas.

El factor que tiende a disminuir dicho rendimiento es el escaso tiempo disponible para el proceso, paracontrolar ese factor se debe aumentar el tiempo o estada de los gases en el hogar, para lo cual se puedeaumentar el recorrido de los gases aumentando las dimensiones, o bien, aumentar dicho recorrido sinaumentar las dimensiones fsicas del hogar, pero modificando la circulacin en forma de flujo helicoidal(hogares ciclnicos).

El hogar de una unidad convencional de carbn pulverizado (relativamente grande), facilita un tiempo deresidencia suficiente para que el O2 pueda penetrar en los productos de combustin que se mantienenalrededor de las partculas de carbn y para refrigerar la ceniza a fin de evitar el ensuciamiento del paso de

conveccin. De esta forma se pueden utilizar combustibles residuales sin riesgo de emisiones peligrosas niproblemas operativos.

Los diferentes tipos de combustibles implican diferentes porcentajes de exceso de aire para elfuncionamiento satisfactorio.

El tipo de combustible no solamente determina la configuracin fsica de los quemadores y el hogar, sinoque tambin determina el flujo de aire requerido, como por ejemplo:

- Carbn y combustibles slidos en general: 20 a 30% de exceso de aire

- Combustibles lquidos: 15%- Combustibles gaseosos: 10 a 15%

Control de la combustin:

Para el control de la combustin es necesario regular la entrada de combustible para mantener unsuministro continuo de vapor a una presin constante, y de regular la entrada de aire a la caldera enproporcin correcta a la entrada de combustible.

Actualmente comienza a haber importantes cambios econmicos y de las condiciones de funcionamiento

de la industria. Por lo tanto, es rentable introducir sistemas de control de tecnologa avanzada para:- Mantener una presin del vapor constante y un caudal acorde con las variaciones de la carga.- Optimizar el consumo de combustible a travs de un aumento en el rendimiento.


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El aire y el combustible responden simultneamente a las variaciones de la carga, en vez de responderprimero uno de ellos y luego el otro, por tanto, se reducen los periodos transitorios.

Control de medida en paralelo con lmites cruzados:

Con este sistema se consigue que siempre se disponga de aire en exceso para la combustin ya que:- Cuando aumenta la carga, aumenta primero el caudal de aire y luego el caudal de combustible.- Cuando disminuye la carga, se reduce primero el combustible y despus el aire

COMBUSTIBLES

Combustible es toda sustancia capaz de arder, es decir, aquella capaz de combinarse con el oxgeno enuna reaccin exotrmica.

Las caractersticas ms importantes de los combustibles son: Poder Calorfico: Es la energa por unidad de masa del combustible que se libera en una

combustin completa y perfecta.

Poder Calorfico Superior (PCS): Tiene en cuenta el calor latente de vaporizacin del aguagenerada en la combustin.

Poder Calorfico Inferior (PCI): No tiene en cuenta el calor latente de vaporizacin del aguaformada en la combustin.

Poder Comburvoro: Es la masa de aire necesaria para realizar la combustin estequiomtrica de1 Kg. de combustible.

Poder Fumgero: Es la masa de humos secos producidos en la combustin de 1 Kg. decombustible.

Lmites de Inflamabilidad (Inferior / Superior) (Li / Ls): Es el valor mnimo / mximo delporcentaje de combustible que debe estar presente en la mezcla para que se produzca lacombustin.

Temperatura de combustin: Es la temperatura, superior a la de inflamacin, a la que se producela combustin de los vapores de un combustible durante 5 o ms segundos cuando se pone encontacto con una llama


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oCombustibles SlidosDentro de este tipo de combustibles se tienen:

Madera: Es el combustible ms antiguo y ms tradicional. Si bien es econmico, no presenta gran

inters en la industria por no tener un elevado poder calorfico. Carbn Natural: Combustible fsil slido, formado a partir de antiguas plantas que crecieron en

pantanos o a lo largo de las costas. Los tipos de carbn natural con sus caractersticas mssobresalientes son:

1. Turbas: Contenido en Carbono: 50-60 %; Humedad: 70-80 %; PCI = 750 Kcal/Kg

2. Lignitos: Contenido en Carbono: 65-75 %; Humedad: 50-70 %; PCI= 3500 Kcal/Kg

3. Hullas: Contenido en Carbono: 75-85 %; Humedad: 5-15 %; PCI= 8500 Kcal/Kg

4. Antracita: Contenido de Carbono: > 90 %; Humedad:< 3 %; PCI = 8000 Kcal/Kg

El contenido de humedad es igual a la masa de agua evaporada dividida por la masa de la muestra.El contenido de humedad de una muestra de combustible produce una prdida de poder calorficodel mismo


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1.Viscosidad: Resistencia de un fluido a fluir (Sirve para determinar la prdida de carga y lascondiciones de pulverizacin)

2.Fluidez Crtica: Temperatura a la cual el fluido deja de fluir

3.Inflamabilidad: El Punto de Llama es la temperatura a la cual el combustible produce suficientecantidad de vapores para que la mezcla de stos con el aire sea capaz de inflamarse al contacto conuna llama piloto. Si la combustin se produce en forma espontnea, sin llama piloto, la temperatura ala cual se produjo se denomina Punto de Inflamacin del combustible. Por esta razn, no debealmacenarse un combustible a temperaturas superiores a su Punto de Inflamacin.

4.Contenido de Azufre: En una combustin, el Azufre genera Dixido de Azufre en combinacin con elOxgeno del aire. Si el tiro no funciona correctamente puede condensar el vapor de agua generado enla combustin y ste en combinacin con el Dixido de Azufre dan como resultado Acido Sulfrico

(Agente corrosivo para la instalacin).5.Contenido de Agua: El contenido de Agua en un combustible disminuye su poder calorfico; razn por

la cual la misma debe eliminarse o bien minimizarse.

oCombustibles Gaseosos

Dentro de este tipo de combustibles, los ms usados industrialmente son:

Gas Natural: Mezcla de hidrocarburos ligeros, formado principalmente por metano. Posee granrendimiento, es de fcil manejo, su poder calorfico superior es igual a 9300 Kcal/m3.

Gas Licuado de Petrleo (GLP): Compuesto por butano y propano. Se obtiene en las operacionesde refino del petrleo. Se licua a baja temperatura y alta presin para almacenarlos (Ocupan unvolumen reducido en estado lquido, aumentando el mismo aproximadamente 300 veces atemperatura ambiente y presin atmosfrica). Su poder calorfico inferior es igual a 10950 Kcal/Kg.

Las propiedades ms importantes de los combustibles gaseosos son:

1.Densidad Relativa(r) : Con respecto al aire seco a 0 C y 1 atmsfera de presin.

2.Intercambiabilidad de los gases combustibles: Dos gases que estn a la misma temperatura sonintercambiables entre s en un mismo quemador cuando, con las mismas condiciones de suministro,mantienen las mismas caractersticas de combustin (Dan llamas idnticas sin cambiar la regulacin y


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En el caso de combustibles slidos y lquidos es necesario pulverizarlos con el objeto de aumentarconsiderablemente la superficie de contacto entre el dicho combustible y el aire, y permitir de este modo quela combustin se produzca en forma completa. En el caso de los combustibles slidos, antes de

pulverizarlos, deben molerse.Los aspectos a tener en cuenta en la eleccin de un quemador son:

Combustible: De acuerdo al combustible que se va a utilizar se asocia un quemador ptimo paraoperar con l.

Exceso de aire: Cuanto menor sea el exceso de aire, ms alta ser la temperatura de los gases.

Margen de Regulacin: El margen de regulacin indica la relacin entre el caudal mximo y mnimoque puede consumir un quemador funcionando correctamente. Esta relacin depende de:

1.Combustible utilizado.

2.Dimensiones de los conductos de aire y combustible.

3.Velocidad del aire y del combustible.

4.Forma de mezcla de los mismos.

Estabilidad de Funcionamiento: La estabilidad de un quemador se define como la capacidad demantener la llama dentro de los lmites de su campo de regulacin. Un quemador no es estable sipermanece encendido nicamente cuando se emplee una llama piloto. Para lograr la estabilidad delquemador, se suele seguir alguno de los siguientes procedimientos:

1.Generar gran turbulencia en la mezcla de aire y combustible.

2.Precalentar el aire de combustin.

Forma y Dimensiones de la Llama: La forma y dimensiones de la llama son caractersticas intrnsecasdel tipo de quemador, no obstante pueden regularse dentro de determinados lmites modificando algunade las siguientes variables:

1.Turbulencia: Una buena mezcla de aire y combustible lograda por una fuerte turbulencia y altasvelocidades da lugar a una llama corta e intensa mientras que una mezcla a bajas velocidades, es

decir, flujo laminar, origina llamas largas y suaves.2.Exceso de Aire: Al aumentar el exceso de aire, la llama tiende a acortarse, mientras que una


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oQuemadores para Combustibles Lquidos

Quemadores de Pulverizacin Mecnica: Son los ms utilizados en la industria. Para que seproduzca la pulverizacin del combustible, el mismo debe tener baja viscosidad (El Gas Oil posee

baja viscosidad a baja temperatura, en cambio el Fuel Oil debe calentarse para disminuir suviscosidad). En este tipo de quemadores, la pulverizacin se realiza por medio de una tobera ochicler a la que llega el combustible a presin (del orden de 16-20 Bar) impulsado por una bomba deengranajes.

Las ventajas que presenta este tipo de quemador son:

1. Combustin homognea.2. Llama homognea y encendida a la cabeza del quemador.3. Alto rendimiento de la combustin.

Quemadores de Pulverizacin Asistida: Estos quemadores se utilizan para quemar combustiblespesados como el Fuel Oil. La diferencia con los quemadores de pulverizacin mecnica es que atravs de la tobera se conduce un fluido auxiliar que se inyecta para formar una mezcla con elcombustible que se pulveriza ms fcilmente a presin un poco ms baja que en el caso de losquemadores anteriores (12 Bar).


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Quemadores Atmosfricos: La presin del gas provoca la aspiracin del aire primario para lacombustin. Este tipo de quemadores son simples y de bajo costo, pero se tienen combustiones conaltos ndices de exceso de aire.

Quemadores de Premezcla: En estos quemadores, el aire se mezcla con el combustible gaseosoantes de entrar al quemador, no existiendo en este caso aire secundario.

Quemadores de Flujo Paralelo con Mezcla por Turbulencia: El aire llega paralelo al eje delquemador y se lo hace rotar por la accin de la roseta (Dispositivo con aletas).


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hm: presin dinmica motriz disponible para el movimiento de los gases.p: suma de las prdidas de carga.Velocidad del gas en chimeneas y conductos

Tiro natural: 3 4 m/s (hasta 6 m/s)Tiro artificial: 10 m/s

Influencia de las condiciones atmosfricas

1- Influencia de la presin atmosfrica: A mayor presin atmosfrica, mayor tiro, ya que al aumentarla presin atmosfrica crece el peso especfico del aire, por ende tambin el tiro y el caudal peso.

2- Influencia de la temperatura atmosfrica: fijada la temperatura de los gases en la chimenea, seobserva que a menor temperatura, mayor diferencia entre ambas, y por ende mayor tiro. Lo mismoocurre con los caudales peso y volumen.

3- Influencia del grado higromtrico: El peso especfico del aire disminuye a medida que es mshmedo, por ende a menor humedad, mayor tiro. Lo mismo ocurre con los caudales peso y volumen.

4- Influencia del viento: Si el viento admite una componente hacia abajo, se opone a la salida de loshumos, reduciendo la altura til de la chimenea, en cambio se admite una componente hacia arribafavorece la salida de los humos. Adems la agitacin enrgica del aire aumenta el enfriamiento de losgases de la chimenea actuando en forma negativa sobre el tiro.

Conclusiones:

Combinando resultados tenemos condiciones ms favorables: FRIO-SECO-CALMO-LUGAR BAJOEl tiro proporcionado por una determinada chimenea, vara con la temperatura de la columna de gasescalientes que circula por su interior. Aumenta con la temperatura. Igualmente vara el volumen especfico delos gases. El peso de gases descargados por una determinada chimenea, aumenta con la temperaturahasta un determinado valor de sta y luego disminuye. Ello porque la velocidad de crecimiento del volumenespecfico es mayor que la del tiro. Para incrementar el peso de gases a descargar, se habr de aumentarla seccin de la chimenea.

Si por ejemplo tenemos que conseguir un tiro de 1,1 pulgada de columna de agua (aproximadamente28mm.) con temperatura promedio de gases en chimenea de 260 C se requiere una chimenea de 54 m.

Cabe sealar que lo general de las instalaciones de generacin de vapor para centrales elctricas,


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Ventajas:- Suprime la chimenea, que para asegurar el tiro en todas las circunstancias, debe calcularse para las

condiciones mas desfavorables, lo que conduce muchas veces a dimensiones excesivas, sobre todo

con calderas de rendimiento elevado (gases fros).- Permite regulacin sencilla.- Es independiente de las condiciones atmosfricas.- Se adapta ms fcilmente a las variaciones de carga de la central an cuando estas sean bruscas.- Se pueden quemar carbones de calidad inferior, de menor costo, que requieren casi siempre, tiros ms

fuertes que los que se obtienen con las chimeneas.- Se recomienda para quemar menudos, o cuando el espesor del lecho de combustible es grande, pues

permite vencer la resistencia que ellos oponen al paso del aire.

- Resuelven econmicamente el problema de los picos de carga en las centrales forzando la vaporizacinde las calderas de servicio normal.

Desventajas:- El gasto de energa, que crece rpidamente con la presin o depresin requerida.- La combustin debe regularse cuidadosamente para evitar excesos de aire que son fuertes prdidas.

Tiro Forzado

Con el tiro forzado se hace llegar el aire a presin, por debajo del emparrillado utilizando ventiladores o

eyectores de vapor.Estos insuflan aire venciendo la resistencia de la capa de combustin y manteniendo al hogar a unapequea sobre presin.

Este ventilador reduce el tiro que debe suministrar la chimenea. Se evita tambin que en los conductosde humo se produzcan grandes depresiones con la consiguiente entrada perjudicial de aire a travs de lasfisuras. Debe evitarse el soplado muy enrgico, capaz de arrastrar finos y cenizas.

El tiro forzado tambin se puede emplear para soplar aire secundario por encima de la parrilla.

Tiro inducido o aspirado integral

El ventilador instalado en las proximidades de la chimenea asegura junto con esta, el tiro necesario enese punto.


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VentiladoresSon mquinas rotativas habilitadas para el suministro de aire a presiones relativamente bajas. En estas

instalaciones se utilizan los ventiladores centrfugos, excepcionalmente los axiales.Se complementa la descripcin de la caracterstica de funcionamiento de estos ventiladores,

generalizando que para todo el caudal de aire desplazado es proporcional al rgimen de marcha. Laenerga de presin proporcionada, es proporcional al cuadrado de la velocidad de rgimen. La potenciademandada, de acuerdo al cubo de la velocidad de rgimen.

La seccin de pasaje de los gases a travs del generador de vapor, para una unidad determinada, esconstante. Luego, la resistencia que los conductos oponen a la circulacin de los gases, vara con elcuadrado de la velocidad de circulacin En la interseccin de la curva de funcionamiento (presin caudal)


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que se presenten choques trmicos y grandes fluctuaciones en la temperatura del agua de alimentacin de lacaldera, que llega a las paredes de tubos de agua que configuran el hogar o que entra en el domo.

Los economizadores se usan en lugar de incrementar la superficie generadora de vapor, ya que el aguade alimentacin, y, en consecuencia la superficie que recibe calor estn a temperatura ms bajas que lasdel vapor saturado, por tanto los gases pueden enfriarse hasta temperaturas an ms bajas para lograrmayor recuperacin de calor y mejorar la economa.

En comparacin con las paredes de agua del hogar, los economizadores requieren mayores superficiestermointercambiadoras por unidad de calor recuperado, lo que es debido a la pequea diferencia que existe entrela temperatura de los humos (fluido caliente) y la temperatura del fluido fro a calentar (agua).

Como aproximacin tenemos que, por cada 22C de disminucin de la temperatura de los humos en uneconomizador, el rendimiento de la caldera aumenta un 1%


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o De tubos verticales: De similar construccin similares al haz convectivo de una caldera, o sea dos domosuno inferior y otro superior unidos por bancos de tubos que conforman la superficie de calefaccin, talcomo se aprecia en la figura

El agua es alimentada por el colector inferior y fluye a travs de los tubos hasta el colector superior. Losgases fluyen de dos maneras a lo largo de los tubos, preferentemente entrando por la parte superior ybajando en forma recta a contracorriente del flujo de agua, o atravesando los tubos en un paso o mltiplespasajes.o De tubos horizontales: Constan de colector inferior, por donde ingresa el agua, una tubera continuadispuesta en forma de serpentina horizontal que constituye la superficie de calefaccin y un colector dondese acumula el agua para su salida tal como se aprecia en la figura.


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De acuerdo al tipo de superficie absorbente del calor:

De tubos desnudos o lisos

De tubos con superficies extendidaso

Tubos lisos: Para un economizador, el diseo ms comn y fiable es el que incorpora tubos desnudos(superficie exterior lisa), en alineacin regular y al tresbolillo, con flujos cruzados. Los tubos desnudos yalineacin regular (a) minimizan las posibilidades de erosin y obturacin provocadas por la ceniza en polvo,en comparacin con la disposicin al tresbolillo (b) Cuando se quema carbn, la ceniza en polvo de los humoscrea siempre un ambiente sucio y erosivo, por lo que el banco de tubos que constituye el economizador debeofrecer la mxima facilidad para su limpieza con sopladores.

o Superficies extendidas: Para reducir los costes de inversin, se construyen economizadores con una granvariedad de tipos de aletas con el fin de mejorar el rgimen de transferencia trmica desde el lado de humos

hacia el lado del agua.Las aletas son baratas, de precio inferior al de la superficie tubular propiamente dicha, que permiten reducir

el tamao y el coste del economizador. El xito de su aplicacin depende del ambiente que se tenga en el ladode humos. Una preocupacin importante, es la facilidad que se tenga para realizar la limpieza de la superficietermointercambiadora, tanto la interior como la exterior del lado de humos. No siempre se pueden recomendareconomizadores con aletas, ya que stas pueden crear complicaciones operativas; en las calderas quecuentan con combustores cicln, los economizadores con aletas no son recomendables, debido a las

caractersticas de alta concentracin y erosividad de la ceniza en polvo presente en los humos.Protuberancias: Cuando las aletas son slidos de revolucin o paraleleppedos se denominan

protuberancias y su disposicin (en retcula cuadrada o triangular) puede admitirse sobre superficies


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En calderas que queman aceites y gases, con frecuencia se presentan fallos debidos a la aparicin de grietasen el extremo libre de las aletas, que son los puntos ms calientes de las mismas, que se propagan hacia lapared del tubo, llegndose al fallo de la pared tubular que aloja la aleta.

Aletas helicoidales: Los tubos con aletas helicoidales se aplicaron con xito en algunas unidades quequemaban carbones, aceites y gases.

La aleta helicoidal consiste en una hlice de paso reducido, y se utiliza en unidades que queman gases,debido a la ausencia de ceniza volante, (propia de la combustin del carbn y de algunos aceites). Las

caractersticas de estas aletas que se obtiene una superficie termointercambiadora 10 veces mayor que ladel tubo desnudo.Cuando se queman aceites pesados o carbones, las hlices tienen un paso mucho mayor ya que hay quemantener las superficies termointercambiadoras tan limpias como sea posible. Para unidades que quemanaceites, el paso suele ser de mayor; con pasos menores se pueden provocar obturaciones, y con pasosmucho mayores la superficie termointercambiadora se reduce.La disposicin de los tubos en alineacin regular facilita la limpieza y ofrece menos prdidas de presin del

lado de humos. Aletas anulares de perfil rectangular: Cada aleta se compone de dos mitades idnticas que se sueldan por

la parte exterior del tubo, este tipo de aleta se monta en alineacin regular en bancos de tubos dispuestoshorizontalmente, siendo el flujo cruzado de humos vertical descendente.


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En los aceites pesados y aceites con mucha ceniza, al igual que en los carbones, la velocidad de loshumos se limita debido a problemas de erosin derivados de la ceniza volante en polvo en ellos contenida yarrastrada.

- Cuando se quema carbn con menos del 20% de materias voltiles, se recomienda una reduccin de lavelocidad lmite del orden de 1,5 m/s- En los economizadores de calderas con combustores cicln, en los humos se pueden utilizar velocidadesmayores, ya que stos contienen menos polvo porque ms de un 50% de la ceniza se recoge como escoriafundida, en la parte inferior de la caldera; en lo que respecta a la erosin, las partculas arrastradas por los humoshacia el economizador resultan menos lesivas.

Para una determinada disposicin de los tubos y una carga dada en la unidad, la velocidad de los humosdepende nicamente de su volumen especfico, que disminuye cuando baja su temperatura, lo que conduce a

velocidades ms bajas y menores transferencias de calorPara mantener la velocidad de los humos a travs de las distintas secciones del economizador, el banco

inferior se disea con tubos de mayor dimetro, lo que reduce la seccin de paso de humos, mejora latransferencia de calor y requiere menor superficie e inversin.Sistemas soporte del economizador

Los economizadores se sitan dentro de cerramientos que tienen, segn sea la temperatura de los humos,paredes tubulares de chapas 454C- Cuando los cerramientos son de chapa, el economizador no se puede soportar en ellas- Cuando los cerramientos son de paredes de tubos, el economizador s se puede soportar en ellas

En general, los economizadores estn colgados y soportados desde puntos situados por encima del propioeconomizador; cuando la temperatura de los humos que salen del economizador es relativamente baja, sepueden soportar en puntos de cota inferior a la del economizador.

Los soportes se unen mecnicamente a los tubos individuales o a las secciones del economizadorquedando expuestos al flujo de humos que entra en el economizador, cuya temperatura obliga a disearloscon acero inoxidable.

Para los tirantes que soportan las secciones ms bajas del economizador, expuestos a temperaturasms moderadas en el flujo de humos, se emplean materiales de calidad inferior.Tamao del banco tubular


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En las calderas que queman carbn, el espaciado transversal entre tubos se elige de acuerdo con lavelocidad y resistencia mximas admitidas en el lado de humos, que son parmetros que dependen deltamao de los tubos.

Si se usan superficies ampliadas, los espaciados laterales y verticales deben permitir una separacinentre aletas de 13 mm.

Para tubos lisos conviene un espaciado con holgura mnima de 19 mm.El espaciado mnimo vertical de los tubos debe ser 1,25 veces el dimetro exterior de los mismos.

-Si ste espaciado es menor, la transferencia de calor se puede reducir hasta un 30%.-Si ste espaciado es mayor la transferencia de calor queda poco afectada, aumentando la profundidad delbanco y la resistencia en el lado de humos.

CALENTADORES DE AIRELos calentadores de aire se utilizan para calentar el aire comburente y mejorar el proceso de la

combustin en las plantas generadoras de vapor. Los humos constituyen la fuente energtica, y elcalentador recoge y utiliza el calor residual de los mismos, lo que incrementa la eficiencia global de lacaldera un 5 a10%. Los calentadores de aire pueden utilizar otras fuentes trmicas, como el vaporprocedente de la extraccin de una turbina, dependiendo de la aplicacin particular de que se trate.

Los calentadores reciben los humos calientes procedentes del economizador y el aire procedente del

ventilador de tiro forzado.El aire caliente que sale de los calentadores de aire mejora la combustin, con cualquier tipo de

combustible; adems, en las unidades que queman carbn pulverizado se emplea para el secado ytransporte del combustible molido.

Clasificacin

Segn su principio operativo en el proceso de transferencia de calor, se clasifican en dos grandesgrupos:

a) Recuperativos, en los que la transferencia de calor se verifica de forma directa y continua, a travs de lapared que separa los fluidos, lo que garantiza la permanente separacin de los flujos que intervienen en

l d i t bi t i


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Para garantizar la estanqueidad (ausencia de fugas de cualquier clase) y en particular las de un fluido alotro (aire hacia humo), es indispensable colocar entre la placa flotante y la carcasa del calentador, una juntade expansin estanca que es la carcasa de cerramiento.

Usualmente se utilizan placas deflectoras dispuestas paralelamente a las placas tubulares, con el fin de:- Separar los diversos recorridos parciales del aire exterior a los tubos- Evitar daos a los tubos, originados por vibraciones inducidas por el flujo de aire exterior

Los tubos son de acero al C, o de baja aleacin resistente a la corrosin. El dimetro de los tubos varaentre 1,5- 4= (38 -100 mm), con espesores entre 0,049- 0,120= (1,24 -3,05 mm).

Cuando hay riesgos de corrosin y obstruccin de tubos, se utilizan dimetros y espesores superiores alos indicados.

La disposicin tubular puede ser en lnea o al tresbolillo, siendo esta ltima la ms eficiente. La

configuracin de flujos normal es en contracorriente, con circulacin vertical de humos por el interior de lostubos, y circulacin horizontal de aire por uno o ms pasos por el exterior de los tubos, existiendo unaamplia variedad de disposiciones de pasos simples o mltiples, lo mismo del lado de humo que del lado delaire, para poderse adaptar a las diferentes configuraciones que requieren las plantas energticas.

Para controlar la corrosin en el lado fro del calentador y el ensuciamiento por ceniza volante en polvo,los diseos incluyen un by-pass de aire fro o una recirculacin de aire caliente.


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lado. El sellado entre los flujos de aire y humos se obtiene por soldadura de los bordes de las chapas, omediante una junta, muelle y compresin externa de las bateras de chapas.

La Fig XIX.16 representa un calentador de aire de chapas de acero, con un paso nico del lado dehumos y dos pasos del lado de aire. Para una determinada capacidad, los calentadores de aire modernosson de menor volumen que los tubulares y presentan mnimas fugas desde el aire hacia los humos.

Calentadores con serpentines de vapor-agua.- Los calentadores de aire recuperativos conserpentines de vapor, se utilizan en los generadores de vapor de plantas termoelctricas para precalentar elaire comburente.

Los calentadores con serpentines de vapor-aguaconstan de un banco de tubos de pequeo dimetro,exteriormente aleteados, dispuestos horizontal o verticalmente dentro del conducto de aire que va desde elventilador de tiro forzado que impulsa el aire comburente, hasta el calentador principal del aire.

El aire comburente circula, en flujo cruzado, por el exterior de los tubos, y se calienta mediante vapor deextraccin del ciclo o con agua de alimentacin, circulando siempre estos fluidos por el interior de los tubos.

El precalentamiento del aire reduce la corrosin y posibles obstrucciones en el lado fro del calentadordel aire comburente. Estos precalentadores, en muchas centrales trmicas, suelen ser los nicos


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Los tubos son de acero al C, de dimetro 2 (51 mm) y longitud de hasta 40 ft (12,2 m).Incorporan:-3 aletas por 1" , ( 1 aleta por cada 8,5 mm), en el lado de humos

-10 aletas por 1", (1 aleta por cada 2,5 mm), en el lado de aire

Los materiales aleados, resistentes a la corrosin, incrementan la vida del lado fro del calentador.Los calentadores de aire con tubos isotermos tienen menor volumen que los tubulares de acero.Las fugas del aire hacia humos son mnimas en comparacin con las que existen en otros tipos decalentadores de aire recuperativos.

Debido al comportamiento isotermo de cada tubo, para una temperatura mnima del metal, estasunidades de calentamiento de aire pueden operar a menor temperatura en el lado de salida de humos encomparacin con otros calentadores tubulares o regenerativos, lo que facilita el que la caldera funcione con

eficiencias mayores y permite reducir la corrosin en el lado fro del calentador de aire.La compatibilidad del fluido trmico y del material de la pared tubular, es importante. Cualquier

incompatibilidad conducira a corrosiones internas, con aparicin de gases no condensables que reducen:- La transferencia de calor

- Atacan la integridad del tubo

- Afectan a su presin de trabajo

Los calentadores de aire con tubos isotermos se utilizan en la industria petroqumica, habindoseinstalado un cierto nmero de ellos en plantas termoelctricas.


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El flujo de aire atraviesa la mitad del rotor y de humos la otra mitad. Para minimizar las fugas de airehacia los humos y evitar el bipaso del rotor por los flujos de aire y humos, se dispone de cierres metlicosde lminas axiales, radiales y circunferenciales.

El eje de giro cuenta con dos cojinetes, uno de empuje superior y otro gua inferior, apoyados en lasvigas soporte superiores e inferiores.

La velocidad del rotor es de 1 y 3 rpm, y se consigue por medio de un pen accionado por un motor

elctrico que engrana en una cremallera que rodea al motor.Para poderse acoplar a los diversos sistemas de flujos de aire y humos, se utilizan diseos de eje vertical


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TRATAMIENTO DE AGUA DE CALDERASLos problemas del agua de calderas pueden producir incrustaciones, corrosin, natas y espumas,

arrastres, corrosin por tensiones y fragilidad en la caldera o en la maquinaria conectada que use vapor,como los turbogeneradores. Muchos alabes de turbinas de vapor que fallan pueden investigarse por lascondiciones de vapor. Como resultado hay un aumento continuo de las concentraciones permisibles deimpurezas en el vapor que va a una turbina, y esto produce un aumento de productos qumicos aplicados alagua de calderas. Existen tambin cambios y mejoras tecnolgicas nuevas as como mejores productos

qumicos para eliminar las concentraciones de impurezas en el agua de calderas. Esto significa que losoperarios deben estar alerta con respecto a los diversos mtodos y situaciones que ahora y en el futuroestn disponibles para resolver los problemas del agua de calderas.

Las especificaciones y tratamiento, as como las pruebas del agua, estn siendo llevados a cabo porcompaas especializadas en tratamiento que trabajan con los operadores de las plantas de calderas. Hayun papel complementario para ambos con el fin de resolver los problemas que afectan al agua de calderas,de forma que las calderas puedan operarse con seguridad, eficiencia y de forma continua cuando seprecise.

Pruebas qumicas

El mnimo de pruebas qumicas normalmente prescritas para calderas de alta presin depende de la


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oxgeno disuelto en el agua y as evitar la corrosin. El tratamiento de sulfito no se recomiendapara calderas con presiones de caldern por encima de 1.600 psig (112 Kg/cm2), porque lasreacciones qumicas pueden ser peligrosas a presiones ms elevadas.

Prueba del hierro: este test, se utiliza para determinar si el retorno de condensado tiene exceso dexido de hierro o herrumbre proveniente de las tuberas anexas y maquinaria de utilizacin delvapor. El trmino erosin por partculas slidas ha venido utilizndose porque la mayora del hierroest en forma de partculas y no disuelto en agua. Los filtros de membrana son utilizados paraaproximar la concentracin en el agua.

Prueba del cobre: similar efecto a la del hierro, pero la fuente es normalmente los intercambiadoreso equipos de bombeo con piezas de cobre. Las reparaciones que sustituyen el cobre pueden reducirla fuente de este contaminante.

Prueba de conductividad elctrica: este test determina la cantidad de slidos presentes en elagua y se utiliza para el control de purga. Si se usa sobre los retornos de condensados, puedeutilizarse para detectar fugas de agua bruta de los condensadores e intercambiadores de calorhacia el condensado, instituyndose as acciones correctivas antes de que se produzcan daosmayores.

Hay cinco pasos posibles necesarios en el tratamiento de aguas dependiendo del suministro, presin,extensin del agua de aportacin y condiciones similares:

(1) pretratamiento del suministro de agua bruta.(2) tratamiento del agua de aportacin que va a la caldera.(3) tratamiento interno del agua en la caldera.(4) tratamiento del condensado que est siendo retornado a la caldera.(5) control de purga para eliminacin de los iodos precipitados en la caldera.

El anlisis de una muestra de agua es el proceso de hallar qu cantidades de impurezas y otrassustancias qumicas estn presentes en el agua. Los resultados se expresan normalmente en ppm (partespor milln) y se tabulan. Las partes por milln son una medida de proporcin en peso, como una libra en unmilln de libras. Los granos por galn es otro medio de expresin de la cantidad presente de una sustancia.Un grano por galn equivale a 17,1 ppm.


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La valencia se utiliza en el clculo de ppm de iones en trminos de carbonato clcico analizando unamuestra de agua. Los qumicos utilizan esto para calcular las cantidades de reactivos qumicos en unaecuacin dada por la utilizacin de pesos equivalentes. El clculo de la concentracin de un ion dado entrminos de su equivalente en carbonato clcico se hace comparando esos equivalentes, donde pesoequivalente = peso atmico del elemento o compuesto dividido por la valencia de ese elemento ocompuesto.

cidos, bases y valor de pH

Los qumicos de tratamiento de agua se refieren al valor del pH de la muestra de agua que est siendocontrolada. Este trmino se usa para denotar la presencia de cidos o bases en agua o soluciones. Porejemplo, cido clorhdrico, HCI, tambin denominado cido muritico, forma tomos cargados

elctricamente en el agua, iones H

+

y CI

-

, lo que se denomina ionizacin. De la misma manera, una base olcali, como el hidrxido de sodio, NaOH, llamado sosa custica, formar iones Na+ y OH-, con el inhidrxido OH-, como agente de reaccin alcalino.

Los qumicos consideran la reaccin de una base y un cido como accin de neutralizacin, comolos iones H+ + OH- forman agua neutra.

Ambos, el cido y la base fuertes, han sido eliminados y se ha formado una sal y agua que son neutras.Cuando hay impurezas en el agua, este equilibrio de cido y base puede verse afectado segn sea laconcentracin de cada uno en la solucin. As, la solucin puede ser acida o alcalina. Los qumicos utilizan

el trmino pH como referencia de acidez o alcalinidad. Realmente expresa la concentracin de ioneshidrgeno, H+, presentes en el agua y tambin la cantidad de iones oxhidrilo, OH-, porque para el agua, acualquier temperatura la concentracin de iones hidrgeno multiplicada por la concentracin de ionesoxhidrilo es constante. Esto significa que un cambio en la concentracin de una requiere el consiguientecambio en la concentracin del otro. Los qumicos han determinado que la concentracin del agua pura(neutra) es 0.0000001 gramos por litro. Para evitar el uso de fracciones decimales largas, el mtodoadoptado ha sido el valor de 7 corresponde al agua neutra, por debajo de 7 es acida y por encima, esalcalina.

Solubilidad


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las grasas y la materia en suspensin.

El tercer grupo de impurezas no puede causar incrustacin por s mismo, pero que puede serobligado por otras formaciones de incrustacin apareciendo as en la composicin de laincrustacin. La mayora es ms activa para producir corrosin que incrustacin.

Efectos de la incrustacin

Qumicamente, antes de que alguna impureza pueda incrustarse, debe abandonar la solucin ysolidificarse de las siguientes maneras:

1. Por reduccin de solubilidad con incremento de temperatura del agua, en aquellas impurezasclasificadas como de solubilidad negativa.

2. Por exceder el punto de saturacin de modo que el agua no pueda disolver ms impurezas en eseestado y precipite fuera de la solucin.

3. Por cambios qumicos por el calor para formar sustancias insolubles, como los bicarbonatos decalcio y magnesio.

As, la incrustacin puede implicar varios cambios qumicos que pueden ocurrir en el agua de caldera.Hay dos objeciones a la incrustacin sobre las superficies calefactoras de calderas:

1. La incrustacin es un aislante muy eficiente del calor, variando el grado de aislamiento con sudensidad. Su presencia en grosores apreciables significa menor absorcin de calor por el agua decaldera, con la consiguiente prdida de eficiencia o rendimiento de caldera.

2. Debido a que la incrustacin es un mal conductor del calor, las superficies de calefaccin de calderaaisladas del agua caliente por un lado y expuestas a los gases calientes por el otro, puedenalcanzar pronto temperaturas peligrosamente altas. De hecho, han tenido lugar serios daos: roturade tubos e incluso de virola de caldera.

La formacin de incrustacin a menudo aumenta con la tasa de evaporacin. As, los depsitos deincrustacin a menudo sern mayores donde la temperatura de los gases sea ms elevada. Como ejemplo,a menudo un fallo en un tubo de una caldera de tubos de agua de alta presin puede encontrarse en lazona de alta absorcin de calor donde se forman las burbujas de vapor. La envolvente de agua que rodea

las burbujas contiene ahora las impurezas de la burbuja de vapor y las impurezas que ya tena endisolucin. El rea bajo la burbuja de vapor del tubo est momentneamente seca y esto hace que la


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Los grandes depsitos de incrustacin son generalmente un indicativo de negligencia de limpieza, quepuede ser evitada en la mayora de los casos por un tratamiento adecuado del agua. Las incrustaciones hanformado un grosor apreciable, debera ser eliminada con dispositivos de limpieza de turbinado a cada tubopirotubular, o limpieza de hidrocintica.Una vez que se ha conseguido limpiar la caldera, deben tomarse las medidas adecuadas para evitar surecurrencia.

Identificacin de la incrustacin.

Costras de diferentes consistencias pueden aparecer en una caldera y requieren anlisis qumicosposteriores para su identificacin. Las incrustaciones aqu descritas muestran las caractersticas de losdiferentes tipos que pueden hallarse en calderas:

1. Sulfato clcico: origina una costra muy dura que se adhiere tenazmente a las superficies

calefactoras. Esta incrustacin se considera la peor a causa de su dureza extrema, la dificultad ensu eliminacin y su baja conductividad trmica.

2. Carbonato clcico: es una incrustacin blanda, de tipo cenagoso, normalmente blanquecina deapariencia y se quita fcilmente por lavado con agua.

3. Carbonato de magnesio: forma una costra blanda de tipo similar a la de carbonato clcico.4. Slice: no forma incrustacin en solitario, sino que imparte una estructura vtrea a los depsitos de

sulfato clcico, lo que produce una costra muy dura, frgil y prcticamente insoluble en los cidos.

La slice en las calderas de alta presin de una central trmica generadora se volatiliza y viaja con elvapor al turbogenerador para depositarse como incrustacin dura, pareciendo porcelana sobre laspiezas internas de la turbina.

5. Silicato de calcio y magnesio: ambos tienden a producir costras de estructura densa y cristalina,muy adherente a las superficies de transferencia trmica y con bajas caractersticas de transferenciade calor.

6. Hidrxido de calcio y magnesio: producen depsitos blandos que pueden adherirse o cementarcon otras sustancias.

7. Carbonato de hierro: se encuentra con frecuencia en otras incrustaciones y es una sustanciaindeseable porque aade una naturaleza corrosiva a la costra que aparece.


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prevencin de incrustaciones puede incluir reduccin de slidos en suspensin por filtrado, reduccin dedurezas por ablandamiento a la cal, ablandamiento por zeolita, equipo de intercambio de iones,desmineralizadores, evaporadores y desaireadores para eliminacin de gases y oxgeno. La tecnologa demembranas u osmosis inversa est siendo aplicada tambin en sistemas de tratamientos externos..

Prevencin de incrustacin: tratamiento interno. La seleccin de productos qumicos para evitarincrustaciones con tratamiento interno est dirigida al control de las impurezas minerales que se deslizanpasando el programa de pretratamiento.

Esto se aplica especialmente a medida que la presin de caldera aumenta, como en la generacintermoelctrica. El pretratamiento, bien por precipitacin qumica o bien por intercambio inico, reducir, perono eliminar el problema que causa la tendencia de las impurezas en el agua de caldera.

El tratamiento combinado con fosfato fue desarrollado a partir del uso del tratamiento de fosfatos para

eliminar las incrustaciones del sulfato clcico y magnsico con un lodo que puede eliminarse por purgaadecuada, especialmente para calderas que trabajan por debajo de 600 psi (42 kg/cm 2).

Hay varias caractersticas indeseables del tratamiento convencional con fosfatos. La reaccin aadecontenido de slidos en suspensin en el agua, lo que no es deseable si la presin de caldera est cerca opor debajo de 1.000 psi (70 kg/cm2). Los niveles de alcalinidad de hidrato se consideran tambindemasiados altos para esta presin de caldera, a causa del peligro de corrosin custica. Los lmitesnormales que los qumicos de tratamiento de aguas prescriben como lmites de alcalinidad son:

A medida que la presin aumenta, hay ms riesgo de corrosin custica debido a que el metal estsometido a ms tensiones por el aumento de presin y temperatura.

Control coordinado de fosfato/pH. Este sistema de tratamiento de agua fue desarrollado para lascalderas de alta presin para evitar la corrosin custica. Requiere el mantenimiento de una relacin fijaentre el pH del agua de caldera y la concentracin de fosfatos. El fosfato trisdico tiene una relacin desodio a fosfato de 3. Si la concentracin de fosfatos o el pH cambian, esta relacin de sodio a fosfatocambia tambin. El programa se bas en el principio de que un aumento de la concentracin de hidrxidolibre se evitara por un desplazamiento del equilibrio inico en la direccin que favorece la formacin del

Na3PO4. Ambos, pH y fosfato, requieren comprobaciones diarias para la concentracin en orden a mantenerel nivel de hidrxido bajo.

C t l d f f t / H t lt El lt t d l i it i d l d f f t


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quelante. El NTA pierde su capacidad quelante a 900 psi (63 kg/cm 2). La degradacin trmica no lo haceprctico para monitorizar residuos quelantes en el agua de caldera, lo que hace difcil el control dedosificacin. Los mismos agentes quelantes pueden causar corrosin en la caldera si se sobrealimenta conquelantes durante un largo perodo de tiempo.

Por debajo de 400 psi (28 kg/cm2) se utiliza otro tipo de productos qumicos quelantes denominadosfosfonatos orgnicos, con las abreviaturas de AMP (fosfonatos amilometileno) y HEDP (hidroxietilideno),que tienen la propiedad de inhibir la incrustacin de carbonato clcico. Todos los agentes solubilizantespresentan capacidad similar a la del EDTA y NTA para mantener el calcio y el hierro en solucin, pero noson tan fuertes y adems no son tan peligrosos como los agentes quelantes en cuanto a poder corrosivo.Los fosfonatos podrn utilizarse ms econmicamente que los quelantes para niveles de agua dealimentacin de 50 ppm y ms.

Polmeros o acondicionamiento de lodos. En calderas industriales, el ciclo de control de incrustacinimplica la precipitacin intencionada de las sales de dureza clcica, como carbonato clcico, con adicin deun polmero para provocar lodos. Los polmeros amnicos son muy utilizados en calderas industriales dondelas molculas de polmero se acumulan alrededor de los lodos en suspensin de la caldera. Esto introduceen los lodos un grado de dispersin o fluidez que permite la eliminacin de los mismos ms fcilmente porpurga inferior de caldera. Hay varios polmeros sintticos vendidos por las compaas de tratamiento deaguas. Por ejemplo la Nalco Chemical Co. utiliza el nombre de Transport-plus para sus polmeros. Se aplicaa calderas de hasta 1.560 psi (105 kg/cm2) y el trmino Transport se usa para indicar que puede transportar

virtualmente el 100 por 100 de las impurezas del agua de alimentacin, incluyendo dureza, slice eimpurezas de hierro a travs del sistema de caldera, ya que el polmero fluidifica el lodo para un eventualcontrol por purga. Los polmeros aninicos inhiben el crecimiento de la estructura de la matriz cristalina de laincrustacin. Este proceso tambin debilita la incrustacin, ya que el polmero es absorbido en la estructurade la incrustacin y, como resultado, se forman pequeas partculas de incrustacin.

El control de la tasa de alimentacin y del polmero depende de los mtodos de la prueba utilizada paracomprobar las concentraciones. El sobretratamiento es todava una amenaza; por tanto, algunos

especialistas de tratamiento de aguas utilizan mezclas de polimetacrilato como componentes principales deun programa de tratamiento de polmeros mezclados.


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caldera de tubos de agua, los tubos rotos puedan ser la consecuencia final de este proceso; en una calderapirotubular, sern las combaduras o incluso la rotura de la virola interior (hogar).

Los depsitos exteriores sobre las superficies externas de los tubos de humos pueden desprenderse porvibracin con un resonador o vibrador tubular o por medio de sacudidas con una barra larga y pesada encada tubo. Debera tenerse mucho cuidado despus de un tratamiento de este tipo para ver si toda laincrustacin se ha desprendido y extrado de la caldera antes de cerrarla para arrancar. Muchos casos deserios daos han resultado de acumulacin de incrustacin dejadas en las calderas.

La limpieza con cido de las calderas se usa a menudo para eliminar xidos metlicos. Los disolventesutilizados para la limpieza acida son variados. Algunos usan cido clorhdrico, otros, cido fosfrico. Elproceso usual es llenar la caldera hasta que la solucin rebosa por el venteo (el cido se aade desde elexterior a la caldera). Se deja que la solucin empape la chapa de caldera durante cuatro a seis horas,

seguidas de un relleno con un agente neutralizados.Si se usa cido clorhdrico para la limpieza, se utilizar una solucin dbil de cido fosfrico. Despus

del drenaje, se usa agua limpia para lavar; despus, la caldera se llena inmediatamente con solucinalcalina y se hierve de nuevo varias horas. Esta solucin se drena; la caldera se lava de nuevo y, despus,se rellena con agua de servicio normal, poniendo en marcha inmediatamente el tratamiento adecuado deagua de alimentacin.

Debe observarse una precaucin en la limpieza con cido de calderas equipadas con sobrecalentador yotros tramos curvados parecidos, y estar seguros de que todo resto o traza de cido ha sido

cuidadosamente limpiado y extrado de los tubos curvados en U. Esto es crtico en la e

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