MAQUINAS Y MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

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

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

Cuando se selecciona una caldera se deben considerar los siguientes parámetros:

Cantidad de vapor requerida.

Presión, temperatura, calidad del vapor requerido.

Futuros requerimientos.

Localización de la unidad.

Características de la carga.

Tipos de combustibles disponibles.

Diseño de quemadores.

Calidad del agua de alimentación.

Variaciones previstas de la carga.

Caldera Acuotubular: Es una caja cuyas paredes son tubos a través de los cuales fluye el agua, el combustible es usualmente quemado en el hogar y el calor producido por esta combustión es transferido al agua que circula por los tubos convirtiéndose esta en vapor.

Caldera Pirotubular: Es un cilindro lleno de agua con tubos a través de la misma, en el cual el combustible es quemado en uno de los extremos del cilindro y los gases calientes productos de la combustión pasan a través de los tubos hasta el otro extremo.

TAMBOR DE VAPOR: Es el lugar donde el agua y el vapor se separan.

CAJA DE SECADO: Es un compartimiento interno para colectar el vapor seco y distribuirlo a los tubos de salida al supercalentador.

VENTILADOR: Son los encargados de suministrar el aire para la combustión y forzado la salida de los gases desde el hogar hacia la chimenea.

PRECALENTADOR DE AIRE: Es un intercambiador generalmente con vapor de baja presión que se condensa y retorna al sistema como agua de alimentación.

CALENTADOR DE AIRE: En esta parte se termina de darle temperatura al aire que va para la combustión intercambiando temperatura con los

gases que vienen de la combustión.

CAJA DE AIRE: Es la parte por donde se conduce el aire que va del ventilador hacia los quemadores.

HOGAR DE LA CALDERA: Esta constituido por una serie de tubos que forman las llamadas paredes de agua que le dan la forma y encierran la zona radiante de la caldera pues allí el calor es transmitido principalmente por radiación.

QUEMADORES: Son los elementos de la caldera encargados de suministrar y acondicionar el combustible para mezclarlo con el aire y obtener una buena combustión.

TUBOS DESCENDENTES: Los que bajan el agua más densa del tambor de vapor al tambor de lodos.

TUBOS ASCENDENTES: Son los tubos por donde sube el agua que a perdido densidad y va al tambor de vapor.

SUPER CALENTADOR: Es un equipo que ofrece una superficie de absorción de calor por medio de la cual se eleva la temperatura del vapor por encima de su punto de saturación. Entre las principales razones para realizar este trabajo tenemos:

Se aumenta la eficiencia total de la unidad.

Se aumenta la ganancia termodinámica del vapor.

Se obtiene un vapor mas seco.

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

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

forma de alimentación del agua y otros muchos factores.

a) Por la disposición de los fluidosDe tubos de agua (Acuotubulares)De tubos de humo (Pirotubulares)b) Por la posición del tambor o hervidorVerticalesHorizontalesc) Por la posición de los tubosVerticalesHorizontalesInclinadosd) Por el número de pasosUn pasoDos pasosTres o más pasos

e) Por la circulación del aguaDe circulación naturalDe circulación asistidaDe circulación forzadaf) Por el mecanismo de transmisión de calor dominanteDe convecciónDe radiaciónDe radiación y conveccióng) Por el combustible empleadoDe carbón (de parrilla mecánica o de carbón pulverizado)De combustibles líquidosDe combustibles gaseososDe combustibles especiales (Bagazo, etc.)Nucleares (uranio natural, enriquecido, etc.)

Es importante hablar de los dos flujos que tienen lugar en las calderas para comprender su funcionamiento.

Flujo agua - vapor – condensado

El agua previamente tratada que se alimenta a la caldera, es calentada hasta que

se transforma en vapor por el calor recibido, éste vapor se lo transporta hasta los puntos

de consumo donde pierden su calor de condensación y cambian a fase líquida.

Flujo combustible/gases de la combustión

El combustible es preparado según su naturaleza para que correctamente atomizado, se mezcle con el comburente (aire por lo general) y se queme lográndose la presencia de llama producida por la combustión. La energía química se transforma en

energía calórica, que contenida en los gases resultados de la combustión, es transferida

y aprovechada para calentar el agua en la caldera.

AGUA PARA CALDERAS

En relación a tratamientos de agua para calderas, se va a estudiar la utilización de compuestos inorgánicos tales como: fosfatos, sulfitos, aminas, etc., sin embargo todos estos compuestos se comportan exclusivamente como preventivos, esto significa que cuando una caldera ya se encuentra incrustada, estos productos evitarán que dicha

incrustación continúe creciendo, pero la incrustación formada no sufrirá disminución.

El agua de alimentación de las calderas

Las aguas que se emplean para la alimentación de las calderas arrastran, por lo general, materias sólidas en suspensión, como arena, arcilla, etc., y llevan disueltas diversas sales que por la acción del calor, precipitan.

Dureza del agua

Un agua puede contener mucha cantidad de sustancias disueltas y sin embargo

no ser dura. La dureza de las aguas se debe a las sales calcicas o magnésicas que contiene en disolución (dureza total).

Lodos e incrustaciones

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

Principales fallo causado por incrustaciones

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

Corrosión

Algunas sales resultan perjudiciales aun cuando su presencia, en el agua sea muy pequeña. Entre ellas se encuentra el Cl2Mg(Cloruro de magnesion), el S04Mg(Sulfato Magnesico), el (NO3)2Mg(Nitrato de Magnesio) y el Cl2Ca(Cloruro de Calcio); todas sales inestables en las condiciones reinantes en las calderas y que al descomponerse, producen ácidos libres.

Las corrosiones pueden ser interiores y exteriores; unas y otras, disminuyen el

espesor de la plancha que constituye las paredes de la caldera y contribuyen a reducir su

resistencia.

CALDERAS PIROTUBULARES HORIZONTALES

Ventajas:

Más económicos que los acuotubulares.

Se construyen para bajos y altos flujos de vapor.

No requiere de costosos tratamientos en el agua de alimentación.

Altas eficiencias de funcionamiento

Facilidad en el mantenimiento del equipo

Desventajas:

No son adecuados para presiones elevadas.

Ocupa espacios grandes para instalación.

Son más pesados que los acuotubulares.

Tiempos elevados para producción de vapor.

CALDERAS PIROTUBULARES VERTICALES

Ventajas:

Más económicos que los horizontales.

No requiere de costosos tratamientos en el agua de alimentación.

Ocupan espacios pequeños.

Su peso es muy reducido

Rapidez en producción de vapor.

Desventajas:

Se construyen para bajos flujos de vapor.

No son adecuados para presiones elevadas.

Bajas eficiencias de funcionamiento (ya que los humos tienen corto recorrido).

Mantenimiento con ciertas complicaciones.

Importancia del mantenimiento preventivo para calderas

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

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

Problemas derivados de la utilización del agua en calderas

Los problemas mas frecuentes presentados en calderas pueden dividirse en dos grandes grupos:

Problemas de corrosión

Problemas de incrustación

Aunque menos frecuente, suelen presentarse ocasionalmente:

Problemas de ensuciamiento y/o contaminación.