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Calderos: Laboratorio de operaciones (página 3)



Partes: 1, 2, 3

 F = SDT agua alimentación (ppm)
(luego del tratamiento).

B = SDT deseados en caldera (ppm) (informado por el
fabricante de calderas).

S = Producción de vapor (kg/h).

P = Caudal de purga (kg/h).

La unidad ppm significa "partes por
millón" y su tratamiento es similar al de
porcentaje.

 Como dato adicional sobre la variable
"B", podemos indicar que por lo general, y sólo a modo de
referencia, se puede utilizar la siguiente tabla para conocer los
SDT deseados en una caldera:

Tipo de
caldera                                                 (B)
Máximo SDT (ppm)

Humotubular                                                                3.000
– 3.500

Acuotubular de baja presión                                      2.000
– 3.000

Acuotubular de media
presión                                  1.500

Calderas de serpentín y
generadores                      2.000

12.6.2. PURGA DE FONDO.

Las Purgas de Fondo se limitan a una
válvula de corte (generalmente de bola), que permita sacar
de manera brusca cierta cantidad de agua desde el fondo de la
caldera, llevándose con él parte del lodo e
impurezas sólidas que se encuentran allí. Esta
apertura se realiza de manera periódica y por un tiempo
razonable (el tiempo dependerá de lo indicado por los
expertos en el tratamiento de agua que lo asesoren), sólo
para evitar la acumulación. Es un proceso
manual (a lo
más, automatizado por un timer, pero sin
control
proporcional) y el agua
perdida no es fácilmente recuperable.

12.7. MÉTODOS DE AGUA DE
ALIMENTACION.

La calidad del agua
de alimentación a la caldera repercute directamente sobre
el buen funcionamiento de la misma así como sobre la vida
de muchos de los elementos que forman el equipo generador de
vapor. A continuación pueden verse valores
aproximados para las variables
más importantes que hay que controlar en el agua de la
caldera:

·         Concentración
de oxigeno en el
agua de alimentación limitada a 0.005cc por
litro.

·         Dureza
del agua de alimentación entre 0 y 2 ppm. (para reducir la
deposición de lodos en la caldera).

·         El
pH del agua de
alimentación debe mantenerse entre 8 y 9, y el agua de la
caldera deberá tener un pH entre 10.5 y 11.0

·         La
cantidad total de sólidos disueltos, la alcalinidad y
sólidos en suspensión no deben exceder de un
valor
determinado en función de
la presión


La acumulación de lodos en los tubos dificulta la
transferencia de calor
resultando así un sobrecalentamiento de los mismos. La
corrosión del metal de los tubos o la
formación de óxidos puede ser debida a la alta
concentración de productos
químicos en el agua de la caldera, y la formación
de espumas se debe, principalmente, a la presencia de
sólidos en suspensión y de otras sustancias
orgánicas. Todo esto debe evitarse mediante la
adición de los productos químicos necesarios, dicha
adición debe ser preferiblemente continua para conseguir
concentraciones constantes en el agua de la caldera. Cuando los
productos químicos se añaden directamente a la
caldera, se debe usar la conexión prevista en el
calderín para este propósito.

12.8. ABLANDADORES DE AGUA.

Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y
magnesio, es llamada agua dura. El agua dura es conocida por
taponar las tuberías y complicar la disolución de
detergentes en agua.El ablandamiento del agua es una
técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un
agua ser dura, en la mayoría de los casos iones de calcio
y magnesio. En algunos casos iones de hierro
también causan dureza del agua. Iones de hierro pueden
también ser eliminados durante el proceso de
ablandamiento. El mejor camino para ablandar un agua es usar una
unidad de ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el
suministro de agua.

CATION n+ + nRH ? nR CATION + nH+

12.9. BOCAS DE HOMBRE.

Desincrustante para la limpieza de circuitos de
agua en calderas y torres de enfriamiento. Permite limpiezas
rápidas mas profundas y con menos peligros para el equipo
y el personal. Se
presenta con inhibidores incorporados parapara prevenir ataques
al equipo y se elimina totalmente con agua.

12.10. EMPAQUETADURAS.

Guarnición de cáñamo, amianto, goma u
otros materiales que
se coloca en determinados órganos de algunas máquinas
para impedir el escape de un fluido.

12.11. SISTEMA DE
COMBUSTION.

12.11.1. TIPO DE COMBUSTIBLE.

Los combustibles en la operación de combustión dentro de la caldera
básicamente son combustibles fósiles como:

Diesel.

Kerosene.

Gasolina.

GLP.

12.11.2. BOMBA DE COMBUSTIBLE.

Una bomba es una máquina
hidráulica generadora que transforma la
energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada
en energía hidráulica del fluido
incompresible que mueve. El fluido incompresible puede
ser líquido o una mezcla de líquidos y
sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar
o la pasta de papel. Al incrementar
la energía del fluido, se aumenta su
presión, su velocidad o su
altura, todas ellas relacionadas según el principio
de Bernoulli. En
general, una bomba se utiliza para incrementar la presión
de un líquido añadiendo energía al sistema
hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor
presión o altitud a otra de mayor presión o
altitud.

12.11.3. SOPLADOR (ingreso de aire,
manómetro de presión de aire).

El sopledor es el encargado de mantener el flujo de aire
desde el exterior del equipo hasta la cámara de fuego
donde se necesita para llevar a cabo la
combustión.

H.C. + O2 ? CO2 + H2O + CO + NOX + SOX +
CALOR

12.11.4. VALVULA SONELOIDE
(alimentación de combustible).

Una electroválvula tiene dos partes
fundamentales: el solenoide y la válvula.
El solenoide convierte energía
eléctrica en energía mecánica para actuar la
válvula.

El solenoide es un alambre aislado enrollado
en forma de hélice (bobina) o un número de
espirales con un paso acorde a las necesidades, por el que
circula una corriente
eléctrica. Cuando esto sucede, se genera
un campo
magnético dentro del solenoide.
El solenoide con un núcleo apropiado se
convierte en un imán

Existen varios tipos de electroválvulas. En
algunas electroválvulas el solenoide actúa
directamente sobre la válvula proporcionando toda la
energía necesaria para su movimiento. Es
corriente que la válvula se mantenga cerrada por la
acción
de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la
fuerza
del muelle. Esto quiere decir que el solenoide debe estar
activado y consumiendo energía mientras la
válvula deba estar abierta.

También es posible construir
electroválvulas biestables que usan un solenoide para
abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo
solenoide que abre con un impulso y cierra con el
siguiente.

Las electroválvulas pueden ser cerradas
en reposo 
normalmente cerradas lo
cual quiere decir que cuando falla la alimentación
eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del
tipo abiertas en reposo normalmente
abiertas 
que quedan abiertas cuando no hay
alimentación.

Hay electroválvulas que en lugar de abrir y
cerrar lo que hacen es conmutar la entrada entre dos salidas.
Este tipo de electroválvulas a menudo se usan en los
sistemas de
calefacción por zonas lo que permite calentar varias zonas
de forma independiente utilizando una sola bomba de
circulación.

12.11.5. TRANSFORMADOR (para la
ignición).

Se denomina transformador a
una máquina eléctrica que permite
aumentar o disminuir la tensión en un circuito
eléctrico de corriente
alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que
ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es,
sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida.
Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje
de pérdidas, dependiendo de su diseño,
tamaño, etc.

Los transformadores
son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y
están constituidos, en su forma más simple, por dos
bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado
de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o
devanados se denominan primarios y
secundarios 
según correspondan a la entrada o
salida del sistema en cuestión, respectivamente.
También existen transformadores con más devanados;
en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor
tensión que el secundario.

Transformador de pulsos

Es un tipo especial de transformador con
respuesta muy rápida (baja autoinducción)
destinado a funcionar en régimen de pulsos y además
una muy versátil utilidad en
cuanto al control de tensión 220. El transformador de
ignición provee la chispa de alto voltaje para la
ignición del piloto de gas o del piloto
de aceite
liviano.

12.11.6. TANQUE DE
COMBUSTIBLE.

En las calderas los tanques de combustible de
alimentación donde se almacenan los combustibles
fósiles dependen de las características del
combustible a almacenar (gasolina, GLP, etc.). Cabe tener
presente que los tanques de almacenamiento de
combustible para calderas no deben estar a corta distancia del
caldero ya que se corre riesgos de
explosión.

12.11.7. FILTRO DE
COMBUSTIBLE.

Los filtros de combustible se utilizan para
proteger el sistema de combustión del equipo contra
suciedad, óxido, incrustaciones y contaminantes de agua
que pueden taponar o desgastar los carburadores e inyectores de
combustible y causar un rendimiento deficiente y un fallo del
equipo.

Los filtros de combustible evitan la
contaminación del equipo y contribuyen a una vida
útil del equipo mas larga y sin problemas.
Están disponibles para aplicaciones en línea, en
carburador y en inyección de combustible.

12.11.8. LA CHIMENEA, TEMPERATURA DE
LOS GASES.

La temperatura de los gases de chimenea a la salida de
la caldera u otra planta a la que la chimenea sirve la indica el
fabricante o es posiblemente una cantidad variable. El ultimo
caso corresponde a los hornos incineradores en el que las
temperaturas finales varían con el tipo de materia prima
que se esta consumiendo.

La temperatura del gas de chimenea rige la cantidad de
tiro disponible para el proceso de combustión en un
sistema de tiro natural y afecta a la velocidad de salida en
todos los sistemas; desempeña, además, un papel
importante en la elección de los materiales de
revestimiento interno de la chimenea.

Una temperatura de salida de gases de la caldera, al
pié de chimenea, de 60°C ( ± 10°C) arriba
de la temperatura del vapor saturado de la caldera, nos confirma
la alta eficiencia de la
caldera en operación, siempre y cuando los valores de
CO2 y hollín sean correctos.

12.12. CONTROL DE PRESION DEL VAPOR
GENERADO.

El control del vapor generado en el caldero lo genera el
instrumento de control automático mcDonell.

El mcDonell es el encargado de controlar la
presión y el diferencial de presión en el cual debe
funcionar el caldero.

12.13. VALVULA DE SEGURIDAD.

La válvula de seguridad es uno de
los instrumentos de control mas importantes de los
calderos.

La válvula de seguridad tiene como
función abrir paso para que salga vapor del caldero a la
atmosfera en el
momento que la presión interna del mismo lleguen a un
punto crítico. El punto crítico de las válvulas
de seguridad es por encima de la presión de diseño
de dicho instrumento.

12.14. CONTROLES DE MERCURIO.

Aunque que los métodos
para la retención de mercurio se han desarrollado
principalmente para incineradoras de residuos, nuevas
tecnologías de control de mercurio se están
desarrollando para las calderas de carbón como:

La Inyección de Carbono.

Los Filtros de Carbono.

La Captura de Mercurio utilizando como sorbentes
Metales
Nobles.

12.15. VISOR PARA LA OBSERVACION DE LA
LLAMA.

El visor para la observación de la llama no es más
que un orificio a la altura del quemador por medio del cual se
puede visualizar la llama producida por el mismo y así
poder
controlar más directamente el perfecto funcionamiento del
sistema de combustión.

12.16. CONTROL MANUAL DE LA
LLAMA.

Al control manual de la llama en una
válvula instalada en el sistema de combustión por
medio de la cual se puede regular manualmente la intensidad de la
llama producida por el quemador.

Funcionamiento del
caldero

Cuando se opera con calderas y en especial
cuando estas son adquiridaa por primera vez, es necesario
realizar ciertas pruebas que
garantizan la correcta operración de la caldera
según las especificaciones dadas por el proveedor. Entre
ellas se destacan:

a) Inspecciones de fabricación y
pruebas de comportamiento
en fábrica: Consiste en la verificación de
materiales especificados. Inspecciones radiográficas,
ultrasonido, partículas magnéticas Balanceo
estático y dinámico de rotores.

b) Pruebas durante el montaje e
instalación de los equipos. Consiste en la
verificación de correcta instalación del equipo,
apropiada ubicación, nivelación, alineamiento,
soportes y utilización de métodos y procedimientos de
montaje aceptables, calificación de soldadores y
ejecución de inspecciones radiográficas, Limpieza
de tuberías y equipos, Funcionamiento de controles y
alarmas.

c) Pruebas de funcionamiento previas a la
recepción por el cliente.
Adelantadas por el contratista antes de la puesta en
operación de la instalación.

El cliente debe exigir pruebas de:
Capacidad individual de cada equipo o sistema, correcto
funcionamiento de protecciones, controles y alarmas, correcto
funcionamiento de auxiliares y accesorios de cada equipo. Es
importante que el cliente compare estos resultados con los
especificados en el contrato

d) Pruebas de capacidad y eficiencia
garantizadas por el cliente.

El objetivo es
demostrar al cliente el cumplimiento de las garantías del
contrato
relacionados con la capacidad de producción de vapor y
rendimiento de la unidad, así como su
eficiencia.

Calidad del vapor
producido

La calidad del vapor es
un valor difícil de determinar con exactitud. En
la actualidad existen varios métodos para medir
la calidad del vapor, sin embargo, no existe ninguno que pueda
considerarse simple y sencillo. Entre los más utilizados
se pueden mencionar los siguientes:

Método del Separador:

Puede considerarse como el más simple y se basa
en la definición de calidad. Se puede utilizar un
recipiente cilíndrico, horizontal o vertical, aislado con
el fin de separar la fase vapor de la líquida, tal como un
separador de petróleo y gas. Las medidas de
las tasas de flujo por peso de las dos fases cuando estás
dejan el separador, dan una indicación directa de la
calidad.

Cualquier método para medir el flujo de las dos
fases puede resultar aceptable. Algunas instalaciones utilizan
medidores de orificio en ambas líneas, sin embargo, un
medidor de desplazamiento positivo o un medidor de turbina en el
lado del líquido puede resultar satisfactorio si se
realizan las correcciones por temperatura.

Para calcular la calidad, la tasa de flujo en peso de
vapor se divide entre las tasas de flujo en peso de las
corrientes de agua y vapor. Si la unidad generadora de vapor
opera bajo condiciones de flujo continuo, como generalmente lo
hace la calidad, puede hallarse dividiendo la tasa de vapor en el
separador por la tasa de agua entrante. Algunos generadores
comerciales poseen separadores a fin de determinar la
calidad.

Método de los Cloruros:

Se ha mencionado que una de las razones por las cuales
se usa vapor húmedo en recuperación térmica,
es con el fin de prevenir la formación de escamas en las
calderas debido a la deposición de sólidos
disueltos. Estos sólidos presentes en el agua de
alimentación se concentran en la porción
líquida de la descarga del generador y sirven para proveer
una medida del porcentaje de la alimentación aún en
fase líquida.

El ión cloruro Cl- constituye un instrumento
conveniente para este chequeo. Por medio de
titulación química, la
concentración del ión cloruro en la parte
líquida del vapor se compara con la concentración
del mismo ión en el agua de alimentación. Luego la
calidad viene dada por:

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Método de la
Conductividad:

La conductividad del agua depende de la
concentración de sales disueltas en ella. Notando el
incremento de la conductividad entre el agua de
alimentación y la parte líquida del vapor a la
descarga de la caldera, se puede determinar la calidad, mediante
la ecuación:

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Donde s es la conductividad.

Este método es similar al método de
determinación de los cloruros, excepto que se toman en
cuenta todas las sales disueltas en lugar de cloruros solamente.
Sin embargo, el método de la conductividad no es correcto
si el Bicarbonato de Sodio NaHCO3 esta presente en el agua
de alimentación. El bicarbonato de sodio se descompone en
NaCO3 o NaOH, los cuales tienen oferentes conductividades,
este error se corrige neutralizando la
solución.

Dado que la comparación básica en este
método radica en que las sales disueltas son concentradas
en la fase líquida en proporción directa
al volumende
agua vaporizado. El método es útil para el control
y monitoreo continuo de la calidad.

Método del Medidor de
Orificio:

La calidad del vapor puede ser determinada por medio de
un medidor de orificio si la tasa de flujo de vapor es conocida.
Normalmente las unidades generadoras de vapor son
diseñadas para operar bajo condiciones de flujo continuo y
la tasa de agua entrante puede determinarse por
simple medición.
La calidad del vapor viene dada por la siguiente
ecuación:

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Donde:

fst: Calidad del vapor, fracción

C: Constante del medidor de orificio

r s: Densidad del
vapor seco, lbs/pie3

h: Presión diferencial a través de la
placa de orificio, pulg. de agua.

q: Tasa de flujo de vapor. gal/min.

Calidad del agua
alimentada

15.1. SOLIDOS TOTALES
DISULTOS.

Los sólidos disueltos están
relacionados con el grado de mineralización del agua ya
que son iones de sales minerales que el
agua ha conseguido disolver a su paso. Están relacionados
con la conductividad del agua ya que un aumento de estos iones
aumenta la capacidad conductiva. Un tratamiento prolongado con
compuestos del cloro en una piscina por ejemplo aumenta la
cantidad de sólidos disueltos y la conductividad en el
tiempo.

La cantidad de sólidos disueltos en el agua se
puede medir en base a conductividad eléctrica o resistencia que
es inversamente proporcional , para aguas que tienen muy pocos
sólidos disueltos es más eficiente medir la
resistividad, NO hay agua que tenga "cero" abosluto, lo mas
cercano a cero expresado en resistividad es 18.3 millones de
ohms, para tener una comparación si un agua tiene 1 de
conductividad que aproximadamente significa 0.5 sólidos
disueltos totales ,esto expresado en ohms es igual a un millon.
Por lo que 18.3 millones de ohms es algo que se logra mediante
una combinación de varios procesos de
desmineralización.

15.2. SOLIDOS
SUSPENDIDOS.

Los sólidos en suspensión se
mantienen en el agua debido a su naturaleza
coloidal que viene dada por las pequeñas cargas
eléctricas que poseen estas partículas que las
hacen tener una cierta afinidad por las moléculas de agua.
Este tipo de sólidos como tales son difíciles de
eliminar siendo necesaria la adición al agua de agentes
coagulantes y floculantes que modifican la carga eléctrica
de estas partículas consiguiendo que se agrupen en
flóculos de mayor tamaño para así poder
separarlos mediante filtración. Ciertos sistemas de
tratamiento de agua como la ozonización ya suponen de por
sí un buen método floculante ya que se produce la
oxidación del hierro, manganeso y aluminio,
óxidos que son los que verdaderamente ejercen un fuerte
poder floculante en el agua aumentando la eficacia del
filtro y mejorando la transparencia del agua.

15.3. Ph.

El pH es una medida de la acidez o alcalinidad
de una solución. Las soluciones con
un pH menor de siete se consideran ácidas, mientras que
aquellas con un pH mayor de siete se consideran básicas
(alcalinas). El pH 7 se considera neutro porque es el pH aceptado
para el agua pura a 25°C, aunque, estrictamente, al
agua pura no se le puede adjudicar un valor de pH. El pH depende
de la actividad de los iones de hidrógeno (H+), así que es
difícil determinar su valor exacto.

En términos simples, el número que indica
el pH proviene de una medida de la actividad de los iones de
hidrógeno en una solución líquida. Esto se
puede calcular mediante una fórmula matemática. La escala de pH es
una representación logarítmica inversa de la
concentración relativa de protones de hidrógeno
(H+). Debido a esto, la escala no empieza en cero. Los
líquidos más ácidos
pueden tener un pH -5 como mínimo, mientras que los
más alcalinos pueden tener pH 14 como
máximo.

La lectura del pH
de una solución se obtiene, por lo general, comparando
soluciones desconocidas con aquellas de pH conocido, y hay varias
formas prácticas de hacer esto:

Añadiendo un indicador de pH a la
solución. El indicador varía de color dependiendo
del pH.

Usando un pH-metro junto con electrodos selectivos de pH
(electrodos de cristal, hidrógeno o quinhidrona; transistores
sensibles a los iones, etc).

Con un papel de pH. Una tira de papel indicador que
cambia de color según el pH.

15.4. OXIGENO DISUELTO.

El oxígeno
disuelto ataca las tuberías de acero al carbono
formando montículos o tubérculos, bajo los cuales
se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto
suele tener una coloración negra, formada por un
óxido ferroso – férrico hidratado.

En las líneas de vapor y condensado, se produce
el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se
acumula agua condensada. La corrosión que produce el
oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada de aire al
sistema, al bajo valor de pH, el bióxido de carbono abarca
por si mismo los metales del sistema y acelera la velocidad de la
corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra
presente en el oxígeno.

Precauciones y
localización de fallas en calderos

16.1. DESCOMPOSICION TERMAL: ACCION DEL
ACIDO CARBONICO Y EL OXIGENO DISUELTO EN EL AGUA.

La descomposición térmica es la
descomposición de un compuesto en otros más simples
por acción del calor, ya que hay sustancias que al
calentarlas se descomponen. La corrosión en la
línea de vapor condensado por la presencia de
anhídrido carbónico debido a la
descomposición térmica en caldera de carbonatos y
bicarbonatos.

Las descomposiciones térmicas pueden ser
exotérmicas y endotérmicas. Los sólidos que
comienzan a descomponerse térmicamente antes de alcanzar
su punto de fusión
son los que dan lugar, mayoritariamente, a productos
gaseosos.

16.2. INCRUSTACIONES: ACCION DE SALES DE
Ca++ Y Mg++ EN LAS TUBERIAS.

La formación de incrustaciones en el interior de
las calderas suelen verse con mayor frecuencia que lo estimado
conveniente.

El origen de las mismas está dado por las sales
da Ca++ y Mg++ presentes en las aguas de aporte a los generadores
de vapor, las incrustaciones formadas son inconvenientes debido a
que poseen una conductividad térmica muy baja y se forman
con mucha rapidez en los puntos de mayor transferencia de
temperatura, inclusive llegando a tapar las líneas de
distribución de vapor.

Por esto, las calderas incrustadas requieren un mayor
gradiente térmico entre el agua y la pared metálica
que las calderas con las paredes limpias.

Otro tema importante que debe ser considerado, es la
falla de los tubos ocasionados por sobrecalentamientos debido a
la presencia de depósitos, lo que dada su naturaleza,
aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así
sobrevenir desgarros o roturas en los tubos de la unidad con los
perjuicios que ello ocasiona.

Las sustancias formadoras de incrustaciones son
principalmente el carbonato de calcio, hidróxido de
magnesio, sulfato de calcio y sílice, esto se debe a la
baja solubilidad que presentan estas sales y algunas de ellas
como es el caso del sulfato de calcio, decrece con el aumento de
la temperatura. Estas incrustaciones forman depósitos
duros muy adherentes, difíciles de remover, algunas de las
causas más frecuentes de este fenómeno es porque el
vapor o condensado contienen algún tipo de
contaminantes.

16.3. CORROSION.

Para que esta aparezca, es necesario que exista
presencia de agua en forma líquida, el vapor seco con
presencia de oxígeno, no es corrosivo, pero los
condensados formados en un sistema de esta naturaleza
son muy corrosivos.

En las líneas de vapor y condensado, se produce
el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se
acumula agua condensada. La corrosión que
produce el oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada
de aire al sistema, a bajo valor de pH, el
bióxido de carbono abarca por si mismo
los metales del sistema y acelera la velocidad de
la corrosión del oxígeno disuelto cuando
se encuentra presente en el oxígeno.

El oxígeno disuelto ataca las tuberías
de acero al carbono formando montículos o
tubérculos, bajo los cuales se encuentra una cavidad o
celda de corrosión activa: esto suele tener una
coloración negra, formada por un óxido ferroso-
férrico hidratado.

Una forma de corrosión que suele presentarse con
cierta frecuencia en calderas, corresponde a una
reacción de este tipo:

3 Fe + 4 H2O ———-> Fe3O4 +
4 H2

Esta reacción se debe a la acción del
metal sobre calentado con el vapor.

Otra forma frecuente de corrosión, suele ser por
una reacción electroquímica, en la que una corriente
circula debido a una diferencia de potencial existente en la
superficie metálica.

Los metales se disuelven en el área de
más bajo potencial, para dar iones y liberar electrones de
acuerdo a la siguiente ecuación:

En el ánodo Feº – 2
e- —————> Fe++

En el cátodo O2 + 2 H2O + 4 e-
———-> 4 HO-

Los iones HO- (oxidrilos) formados en el cátodo
migran hacia el ánodo donde completan la reacción
con la formación de hidróxido ferroso que precipita
de la siguiente forma:

Fe ++ + 2
OH- ———-> (HO)2 Fe

Si la concentración de hidróxido ferroso
es elevada, precipitará como flóculos
blancos.

El hidróxido ferroso reacciona con el
oxígeno adicional contenido en el agua según las
siguientes reacciones:

4 (HO)2 Fe + O2 ———- 2
H2O + 4 (HO)2 Fe

2 (HO)2 Fe + HO- ———->
(HO)3 Fe + e

(HO)3 Fe ———-> HOOFe +
H2O

2 (HO)3 Fe ———->
O3Fe2 . 3 H2O

16.4. PITTING

Corrosión pitting, o pitting, es una forma de
corrosión sumamente localizada que lleva a la
creación de agujeros pequeños en el metal. El poder
dañino por corrosión pitting es la falta de
oxígeno alrededor de un área pequeña. Esta
área se vuelve anódica mientras el área con
exceso de oxígeno se pone catódica y lleva a
corrosión galvánica muy localizada. La
corrosión penetra la masa del metal, con difusión
limitada de iones, pronunciando la falta localizada de
oxígeno más allá. El mecanismo de
corrosión pitting probablemente está igual que
corrosión de la hendedura.

Mantenimiento del
caldero

17.1. CUIDADO DEL LADO DE
AGUA.

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE CALDERA CON AGUA
DESMINERALIZADA: El concepto de
desmineralizar el agua que se alimenta a una caldera tiene la
gran ventaja de poder emplear una sola formulación o
adición de sustancias químicas que protejan la
caldera de la acción corrosiva e incrustante del agua de
proceso, independientemente de la procedencia y calidad del
agua.

a: PROCESO DE ABLANDAMIENTO TRADICIONAL. En el proceso
de ablandamiento con resinas cationicas, el calcio y el magnesio
son intercambiados por iones sodio. En el proceso de
ablandamiento la salinidad o contenido de sales disueltas en el
agua no disminuye, de hecho se incrementa ligeramente ya que un
equivalente de calcio Ca+2 pesa 20 gramos y un equivalente
de sodio Na+ pesa 23 gramos.

b: ABLANDAMIENTO CON MEMBRANAS. Para que el agua pueda
ser procesada por membranas, previamente deberá tener un
adecuado tratamiento externo, para garantizar la ausencia de
sólidos y coloides en el agua a alimentar a la
caldera.

En el proceso de membranas, si éstas son de
osmosis
inversa, las sales son removidas y el permeado o producto solo
contiene trazas de sales disueltas. En el proceso de membranas se
remueven del agua de alimentación a la caldera componentes
indeseables como: calcio, magnesio, fierro y otros metales,
carbonatos y bicarbonatos, cloruros, sulfatos, etc., por lo que
estos ya no precipitan en el calentamiento y evaporación
del agua en la caldera.

En el ablandamiento por membranas la salinidad disminuye
debido a que no es una reacción de intercambio, sino un
proceso de tamizado a nivel atómico y molecular que separa
los iones en dos corrientes, una que es el producto sin iones
disueltos y un rechazo que acarrea los iones que ya no contiene
el agua producto y que originalmente contenía el agua de
alimentación a la membrana.

Al no tener sales el agua de alimentación no se
requiere de las frecuentes purgas y la consiguiente
reposición del agua desechada. Esto conduce a menor gasto
se productos químicos y a menores pérdidas de calor
por el agua caliente que se desecha en la purga.

El agua desmineralizada es altamente corrosiva, por lo
que es necesario neutralizar ésta y agregar sustancias
químicas que suban el pH y tengan una acción
protectora con el metal con el que estarán en contacto en
la caldera.

17.2. CUIDADO DEL LADO DE
FUEGO.

Los problemas que existen en el parte del
hogar ó sea después de la combustión son
más complejos, que los de la llama y se puede dividir en
tres partes:Deposición de cenizas y
escorias.Corrosión a altas temperatura en
calderas.Emisión de gases en la chimenea.Los
depósitos de cenizas y corrosión de las superficies
de la caldera se asocian generalmente con la formación de
compuesto semi – líquidos con puntos de
fusión bajos tales como sulfatos y vanadatos alcalinos.
Los procesos corrosivos son procesos electroquímicos que
es muy rápida cuando el agente corrosivo es un
líquido y mucho menor cuando es sólido, la
solución de ambos problemas , depósitos de cenizas
y corrosión implica el cambio de la
fase líquida a la fase sólida por algún
medio, el método más práctico ha sido
mediante el uso de aditivos químicos ; algunos
están indicados para aumentar la temperatura del punto de
fusión de las cenizas, otros cambian la estructura
física de
los depósitos para aumentar el tamaño de los
cristales, facilitando el soplado del hollín, otros
actúan como catalizadores para disminuir la temperatura de
ignición del carbón la formación de
escoráis a alta temperatura es función de un
número de variables como el tipo de calderas, condiciones
de operación e impurezas contenidas en los
petróleos residuales. La principal causa de
corrosión es la condensación de los productos
gaseosos de la combustión y la formación de
ácido sulfúrico, la velocidad de
condensación y formación de depósitos
depende de las proporciones de azufre, vanadio, sodio y
níquel.El porcentaje de conversión de SO2 a S03 en
los Humos es función de la temperatura y exceso de aire.Es
bien conocido que las calderas que operan con muy bajos excesos
de aire evitan la formación de S03. Sin embargo es dudoso
que se puede conseguir un exceso de aire del 0.1% en la
práctica industrial sin pérdidas excesivas de
carbón no quemado, las cenizas se encuentran normalmente
en el residual y son el carbón agentes neutralizantes
efectivos para el SO3 cuando fluyen libremente en los gases del
horno.Cuando las cenizas se depositan en los tubos de las
calderas forman superficies activas catalíticamente que
son capaces de producir gran cantidad de SO3 en lugar de
neutralizarlo hay varios métodos químicos para
eliminar este problema además de reducir el exceso de
aire. Estos incluyen la neutralización del SO3 por
catálisis del vanadio-sodio para determinar el uso
adecuado del aditivo químico se debe elegir el proveedor
mejor especializado.

17.3. CUIDADO DEL
QUEMADOR.

  • Limpieza y examen del cartucho del filtro de
    gasóleo, en caso necesario sustituirlo;

  • Examen del estado de conservación de los
    latiguillos flexibles, verificar eventuales
    pérdidas;

  • Limpieza y examen del filtro interno de la
    bomba;

  • Desmontaje, examen y limpieza cabeza de
    combustión, durante el montaje respetar
    escrupolosamente las tolerancias explicadas por
    elfabricante;

  • Examen electrodos de encendido y su correspondiente
    aislamiento cerámico, sin pieza inspección y si
    es necesario sustituir;

  • Desmontaje y limpieza del inyector de gasóleo
    (importante: la limpieza debe realizarse utilizando
    disolventes y no utensilios mecánicos). Al finalizar
    las operaciones de mantenimiento, después de haber
    montado el quemador, encender la llama y verificar la forma;
    en caso de duda sustituir el inyector.

  • Examen y limpieza cuidadosa de la fotoresistencia de
    control de llama, si fuera necesario, sustituirla. En caso de
    duda verificar la señal de encendido de la
    célula, después de haber puesto en
    funcionamiento el quemador.

  • Verificar que la serie de termostatos (o
    presostatos) den señal de funcionamiento al
    quemador.

17.4. CUIDADO DE LOS CONTROLES.

A los controles hay que darles un mantenimiento
cada tres meses o cuando se observe un funcionamiento deficiente
del caldero con el fin de controlar el perfecto funcionamiento de
los instrumentos de control

17.5. REVISIONES AL
FUNCIONAMIENTO.

Cuando se opera con calderas y en especial cuando estas
son adquiridaa por primera vez, es necesario realizar ciertas
pruebas que garantizan la correcta operración de la
caldera según las especificaciones dadas por el proveedor.
Entre ellas se destacan:

a) Inspecciones de fabricación y pruebas de
comportamiento en fábrica: Consiste en la
verificación de materiales especificados. Inspecciones
radiográficas, ultrasonido, partículas
magnéticas Balanceo estático y dinámico de
rotores.

b) Pruebas durante el montaje e instalación de
los equipos. Consiste en la verificación de correcta
instalación del equipo, apropiada ubicación,
nivelación, alineamiento, soportes y utilización de
métodos y procedimientos de montaje aceptables,
calificación de soldadores y ejecución de
inspecciones radiográficas, Limpieza de tuberías y
equipos, Funcionamiento de controles y alarmas.

c) Pruebas de funcionamiento previas a la
recepción por el cliente. Adelantadas por el contratista
antes de la puesta en operación de la
instalación.

El cliente debe exigir pruebas de: Capacidad individual
de cada equipo o sistema, correcto funcionamiento de
protecciones, controles y alarmas, correcto funcionamiento de
auxiliares y accesorios de cada equipo. Es importante que el
cliente compare estos resultados con los especificados en el
contrato

d) Pruebas de capacidad y eficiencia garantizadas por el
cliente.

El objetivo es demostrar al cliente el cumplimiento de
las garantías del contrato relacionados con la capacidad
de producción de vapor y rendimiento de la unidad,
así como su eficiencia.

Eficiencia

18.1. PERDIDAS DE EFICIENCIA DEBIDO A
INSCRUSTACIONES.

Las incrustaciones son causa de pérdida de
eficiencia en tuberías y equipos: disminución de
caudal en las primeras, y disminución de la capacidad de
transferencia térmica en los últimos (destinados a
la refrigeración o bien calentamiento de
agua): en efecto, una capa calcárea formada sobre las
superficies internas de una caldera o una torre de
refrigeramiento, incrementa el consumo de
combustibles entre un 40 y un 90% de lo necesario idealmente para
lograr los mismos resultados.

18.2. PERDIDA DE EFICIENCIA DEBIDO A
PÉRDIDAS DE CALOR, MALA COMBUSTION.

Debido al flujo de calor desde los gases a las paredes
de los cilindros. Además de las precedentes puede haber
otras pérdidas en los motores debidas a
pérdidas entre aros y camisas y válvulas. Pero en
motores que funcionan en buenas condiciones, este tipo de
pérdidas se consideran despreciables frente a las otras.
Ocasionados por una mala combustión, debido a deficiencias
en la proporción del oxigeno presente en la
combustión; para corregir esta anomalía:

  • Revisar el correcto funcionamiento de los
    ventiladores de la caldera.

  • Hacer limpieza a todos los pasos de gases (pirotubo
    y chimenea).

  • Revisar la humedad de la fibra, 32% es recomendable;
    valores superiores ocasionan una combustión
    desastrosa.

  • Controlar la dosificación de fibra, porque un
    exceso de la misma ocasiona mala
    combustión.

Análisis de
fallas y sus consecuencias

19.1. POR TRATAMIENTO INADECUADO DEL
AGUA.

Si el vapor a la entrada a turbina tiene
partículas de agua líquida, el choque de las gotas
contra la turbina puede provocar vibraciones y desequilibrios. El
vapor puede contener agua líquida por fallo en el
sobrecalentamiento, por una atemperación excesiva, porque
la válvula de atemperación esté en mal
estado, o
porque en el camino entre la válvula de
atemperación y la entrada a turbina sufra un enfriamiento
anormal. Si esto se produce es necesario detectarlo y corregirlo
cuando antes, pues provocará una erosión en
los álabes de la turbina, y se dañarán. El
análisis de vibración y las
inspecciones boroscópicas ayudarán en la tarea de
detección temprana del problema. La solución
consiste inevitablemente en corregir el problema que esté
causando la presencia de agua en el vapor.

19.2. FALLAS EN EL SISTEMA DE
COMBUSTION.

El operador estaba seguro que los
problemas que tenía fueron causados por el aceite que se
espesaba. En realidad, eran originados por problemas de
inyección y combustión

En este caso es fácil corregir el problema de
inyección y combustión. Pero si no solucionamos la
causa de esta falla, se repetirá. Es fácil decir
que el diesel es malo, pero aunque sea la verdad, hay soluciones.
Existen aditivos efectivos para reacondicionar el
diesel.

19.3. FALLAS EN SECUENCIAS DE CONTROLES
DE SEGURIDAD ELECTRONICA.

El conjunto de partes soldadas no debe ser poroso ni
tener inclusiones no metálicas significativas, debe formar
contornos superficiales que fluyan suavemente con la
sección que se está uniendo y no tener esfuerzos
residuales significativos por el proceso de soldadura.

Sistema de
distribución de vapor (tubería de
vapor)

20.1. INTRODUCCION Y DEFINICION DE UN
SISTEMA DE DISTRIBUCION DE VAPOR.

El hombre ha ido adquiriendo y mejorando el legado de
sus antecesores, perfeccionando sus técnicas,
y acrecentando así cada vez más su demanda por
conseguir una mejor calidad de
vida. Fue así, como surgieron los tubos, quienes,
organizados en sistemas, perduran en el tiempo como el medio de
transporte de
fluidos.

En nuestro trabajo nos
hemos propuesto adquirir conocimientos descriptivos de los
sistemas de tuberías, así como también, de
los accesorios que lo conforman. La elección de una
tubería es una actividad muy compleja que depende de los
materiales de construcción, espesor de la pared del tubo,
cargas y tipo de instalación.

El diseño de una tubería se basa en
ciertas normas de
diseños estandarizadas, investigadores, ingenieros de
proyectos e
ingenieros de campo en áreas de aplicación
específicas.

Las discrepancias de estas normas se relacionan con las
condiciones de diseño, el cálculo de
los esfuerzos y los factores admisibles. Es importante destacar
también, los principios
fundamentales del mantenimiento de tuberías, punto
más importante a tener en cuenta en cualquier proceso
industrial.

Posterior a la generación del vapor en la caldera
es necesario un medio para llevar la energía del vapor
hacia los procesos que lo requieren. Este medio es la red de distribución
de vapor y retorno de condensado, las que a su vez están
conformadas por una serie de elementos.

Líneas o redes generalmente de acero
cuya función es llevar el vapor desde la caldera hacia los
equipos consumidores. Deben ser seleccionadas de acuerdo al flujo
y presión que circula por ellas.

20.2. DISTRIBUCION GENERAL Y DRENAJE DE
CAÑERIAS.

La base de todo drenaje es la
construcción de un canal adecuado y accesible por el que
pueda correr el agua de la superficie

El exceso de agua en la tierra se
filtra en la cañería a través de agujeros en
las tejas. Cuando no se puede utilizar la fuerza de la gravedad
se emplean bombas para
llevar el agua de los sistemas de drenaje a canales que a menudo
están situados a un nivel superior que las tierras
drenadas. Éstas suelen hundirse al disminuir su contenido
de humedad, aumentando la dificultad del drenaje de las zonas
bajas.

20.3. CALIDAD DE VAPOR.

La calidad o título del vapor es la
fracción molar del vapor en el estado de
mezcla que se obtiene a la salida de la turbina. La llamada
ley de la
palanca de Maxwell determina su valor.

20.4. AISLAMIENTO
TERMICO.

Todos los materiales oponen resistencia, en mayor o
menor medida, al paso del calor a través de ellos. En
algunos materiales la resistencia es muy baja; como los metales,
por lo que se dice de ellos que son buenos conductores. Los
materiales de construcción (yesos, ladrillos, morteros)
tienen una resistencia media. Aquellos materiales que ofrecen
unas resistencias
altas se llaman aislantes térmicos.

La utilización de estos recubrimientos en
tuberías de vapor disminuye el consumo de energía,
reduciendo las pérdidas de calor a través de las
paredes. Pueden considerarse valores de temperatura de pared por
encima de 80 ºC con potencial de ahorro de
energía para ser evaluado. Adicionalmente los aislamientos
térmicos impiden el contacto de operarios con
tuberías o equipos que se encuentran a altas
temperaturas.

20.5. REDUCCION DE
PRESION.

Un conjunto de válvula, dependiente de la carga,
de reducción de presión de freno comprende un
pistón montado en un vástago de pistón y
móvil para controlar una válvula para controlar la
conexión entre una entrada y una salida. el cuerpo de
válvula 1 esta montado en una parte suspendida de un
vehículo y el vástago de pistón esta
acoplada a una parte no suspendida por un dispositivo de
detección de posición que comprende una palanca y
muelles. Para una separación nominal de las partes
suspendidas y no suspendidas el dispositivo de detección
no ejerce ninguna fuerza sobre el vástago del
pistón. Para separaciones mayores de las partes
suspendidas y no suspendidas el muelle ejerce una fuerza sobre el
vástago del pistón que se opone a la fuerza de un
muelle interno, y para separaciones menores el muelle ejerce una
fuerza sobre el vástago del pistón que aumenta la
fuerza del muelle interno. Por consiguiente, la fuerza
elástica neta que actúa sobre el pistón
disminuye siempre cuando aumenta la separación entre las
partes suspendidas y no suspendidas.

Parte
experimental

21.1. DIBUJAR EL CALDERO DE OPERACIONES
UNITARIAS Y LA LINEA DE DISTRIBUCION DE VAPOR HASTA EL SECADOR,
AUTOCLAVE, EVAPORADOR, COLUMNA DE DESTILACION

*Ver siguiente
pagina

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21.2. LLENE LA SIGUIENTE TABLA PARA
ENTRADA Y SALIDA DE LINEAS DEL CALDERO.

ENTRADA

SALIDA

1

Agua ablandada

Vapor

2

Combustible

Gases de
combustión

3

Aire

Purgas superficiales

4

Tratamiento químico
(resina)

Purga de fondo

5

Válvula de seguridad
(aire)

21.3. DIBUJE SU CALDERO CON TODOS SUS
ACCESORIOS.

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21.4. ESCRIBA BREVEMENTE EL PROCEDIMIENTO Y
MANEJO DEL CALDERO DEL L.O.U.

Para el manejo del caldero del L.O.U.
primeramente hay que conectar la corriente eléctrica hacia
los instrumentos de control del caldero, mas
específicamente hacia el mcDonell, este es el instrumento
que monitoria el funcionamiento del caldero según las
calibraciones de operación y que encenderá las
bombas de alimentación del agua de trabajo, de ser
necesario.

Por consiguiente procedemos a abrir
lentamente la válvula que dará paso al vapor
producido por la caldera hacia la línea de
distribución del L.O.U.

21.5. QUE SIGNIFICA: GENERAR VAPOR A 50
PSIG CON UNA CAIDA DE PRESION DE 10 PSIG.

Significa que el caldero generara vapor
hasta que la presión interna del caldero alcance los 50
PSIG, alcanzando esa presión el quemador dejara de
funcionar hasta que la presión interna descienda 10 PSIG,
es decir hasta que la presión interna sea 40 PSIG, en ese
instante el caldero se ponen en marcha para seguir generando
vapor con dichas características.

22. Trampas de vapor presentes por
equipo en el L.O.U.

EQUIPO

# de TRAMPAS

Evaporador de doble efecto

4

Torre de destilación 1

5

Torre de destilación
2

4

Intercambiador de calor (bancada de
tubos)

2

Intercambiador de calor (tubos
concéntricos)

2

Secador de tunel

1

23. CALCULOS (consumo).

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Tiempo de trabajo: 2 min

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Conclusiones

La conclusión en la practica de
calderos es que teniendo el equipo en buenas condiciones con
revisiones periódicas el caldero no tiene porque dar
problema alguno.

Recomendaciones

Antes de operar un caldero hay que tener
presente leer el dimensionamiento del equipo proporcionado por el
fabricante para evitar accidentes en
el área de trabajo. También se recomienda seguir
los capítulos de operación y mantenimiento de este
informe. Debemos
recordar que el agua de alimentación de la caldera siempre
debe ser tratada previamente para evitar daños en los
equipos de la planta de operaciones que utilizan
vapor.

Bibliografía
consultada

  • Manual del Ingeniero Químico
    (séptima edición).

  • Manual de Operación de Calderas
    de "Industrias Tijuana".

  • Encarta Premium 2009

  • Enciclopedia "Física y
    Química" (océano).

  • Páginas de de internet que
    colaboraron:

www.fisicanet.com.ar

www.wikipedia.org

www.monografias.com

www.ingenieriaquimica.org

www.geocities.com

 

 

 

 

 

Autor:

Marving F. Pazmiño
Z.

Partes: 1, 2, 3
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