INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

Procedimiento de puesta en marcha, operación y mantenimiento para

caldera pirotubulares

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

P R E S E N T A:

Alberto Marín Martínez Hernández

Asesores: Ing. Idelfonso Juan Martínez Sánchez Ing. Dagoberto García Alvarado

Octubre 2010

AGRADECIMIENTOS

He sostenido muchas cosas entre mis manos y las he

perdido todas, pero aquella que he depositado en las manos de dios, aún las poseo; es por eso

que a dios, le dedico este humilde trabajo por concederme la gracia de ser y brindarme la oportunidad de conocer cada una de las maravillas creadas

por él.

A todos mis hermanos por el mutuo apoyo que siempre nos

hemos brindado en los momentos más difíciles.

A mis asesores mi

reconocimiento por sus valiosas orientaciones para la realización

de este trabajo.

Con profundo cariño, respeto y admiración a mi padre Alberto

Marín Martínez Escalante cuyo recuerdo indeleble guardo

siempre en lo más profundo de mi ser, por sus sabios regaños,

sus muchos consejos y los grandes valores que sembró en

mi, y que a pesar de las adversidades, luchó siempre por

apoyarme para salir adelante.

A mi esposa y mis hijos, por ser mi fortaleza y mi razón de

ser, por su infinita paciencia, su amor, consejos y el apoyo

incondicional que me dieron en todo momento.

A mi madre Margarita Hernández Ventura mi gratitud,

respeto y admiración por haberme dado la vida, porque

encuentra la felicidad cuando yo la encuentro, vive a través de mi experiencia cuando yo vivo algo hermoso, y reza por mí, incluso

cuando yo sólo rezo por mi mismo.

A mis maestros por enseñarme a adoptar conductas nobles, ser

testimonio de sacrificio y generosidad, a fomentar la

paciencia, a pensar que cuando me equivoco, aprendo, pero

sobre todo porque junto con mis padres, me ayudaron a crecer

día a día...

 

AGRADECIMIENTOS

He sostenido muchas cosas entre mis manos y las he

perdido todas, pero aquella que he depositado en las manos de dios, aún las poseo; es por eso

que a dios, le dedico este humilde trabajo por concederme la gracia de ser y brindarme la oportunidad de conocer cada una de las maravillas creadas

por él.

A todos mis hermanos por el mutuo apoyo que siempre nos

hemos brindado en los momentos más difíciles.

A mis asesores mi

reconocimiento por sus valiosas orientaciones para la realización

de este trabajo.

Con profundo cariño, respeto y admiración a mi padre Alberto

Marín Martínez Escalante cuyo recuerdo indeleble guardo

siempre en lo más profundo de mi ser, por sus sabios regaños,

sus muchos consejos y los grandes valores que sembró en

mi, y que a pesar de las adversidades, luchó siempre por

apoyarme para salir adelante.

A mi esposa y mis hijos, por ser mi fortaleza y mi razón de

ser, por su infinita paciencia, su amor, consejos y el apoyo

incondicional que me dieron en todo momento.

A mi madre Margarita Hernández Ventura mi gratitud,

respeto y admiración por haberme dado la vida, porque

encuentra la felicidad cuando yo la encuentro, vive a través de mi experiencia cuando yo vivo algo hermoso, y reza por mí, incluso

cuando yo sólo rezo por mi mismo.

A mis maestros por enseñarme a adoptar conductas nobles, ser

testimonio de sacrificio y generosidad, a fomentar la

paciencia, a pensar que cuando me equivoco, aprendo, pero

sobre todo porque junto con mis padres, me ayudaron a crecer

día a día...

 

GLOSARIO DE TÉRMINOS Aceite combustible. Líquido combustible derivado del petróleo o del carbón.

Acidez. Representa la medida de concentración de iones de hidrógeno.

ACPM. Aceite Combustible para Motores (Diesel), es un destilado medio obtenido

de la destilación atmosférica del petróleo crudo.

Adiabático. Acción o proceso durante el cual no se agrega ni se cede calor.

Agrietamiento. Rompimiento de la superficie del material refractario como resultado de esfuerzos internos.

Aguas abajo. Cualquier punto en la dirección del flujo de un líquido o gas a partir del punto de referencia.

Agua de alimentación. Agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red.

Agua de condensados. Agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor.

Agua de repuesto. Agua que se agrega a una caldera o a otro recipiente, para mantener un nivel determinado de líquido.

Agua dura. Agua que contiene minerales en disolución.

Agua suave. Agua que contiene poca o nula cantidad de sales de calcio o magnesio o que le han sido eliminadas las impurezas de la incrustación.

Agua tratada. Agua que ha sido tratada químicamente volviéndola adecuada para su uso en una caldera.

Aire de combustión. Aire utilizado en el proceso de combustión, por su contenido de oxígeno.

Aire precalentado. Aire a una temperatura superior a la temperatura ambiente.

Aire primario. Aire que es mezclado con el combustible antes de que la mezcla llegue a la zona de ignición, con el objeto de mejorar la combustión.

Aire saturado. Aire que contiene la máxima cantidad de vapor de agua que puede sostener a esa presión y temperatura.

Aislamiento térmico. Material que tiene una resistencia elevada a la transferencia de calor por conducción.

Alcalinidad. Nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una concentración de iones carbonatos e hidroxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente es de 10.5 a 11.5.

Altar. Muro de ladrillo refractario que descansa en una estructura metálica que va a continuación de la parrilla.

Ángulo de rocío. Ángulo formado por los lados del cono que forma el líquido combustible cuando se descarga desde atomizadores mecánicos, rotatorios o de aire.

 

Anticorrosivo. Sistema químico que brinda protección, mediante formación de films protectores ante iones corrosivos presentes en el agua.

Anti incrustante. Sistema químico que permite permanecer a los sólidos incrustantes en solución.

Arrastre. Sólidos y líquidos químicos que acompañan al vapor dentro de una caldera.

ASME. Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.

Ataque de O2. Corrosión o picaduras en una caldera causada por el oxígeno.

Atomizador. Dispositivo por el cual, un líquido se reduce a partículas líquidas pequeñas (aerosol).

Barrido. Introducción de aire al hogar y los fluxes de la caldera en tal cantidad y de tal forma que elimina completamente el aire o la mezcla aire-combustible contenida en el interior.

Bomba de alimentación.

Bomba que suministra agua a la caldera.

Boquilla de rocío. Boquilla de la cual se expulsa el líquido combustible en forma de aerosol.

Btu. Unidad térmica británica de calor que equivale a 1/180 del calor necesario para levantar la temperatura de 1 lb de agua desde 32 °F a 212 °F a una presión atmosférica constante.

By-Pass. Pasaje para un fluido, que le permite ir alrededor de su canal de flujo normal.

Carbono (C). Elemento constituyente principal en todos los combustibles.

Caballo Caldera (CC). Unidad de potencia térmica que equivale a la evaporación de 15.65 kg de vapor/hr (34.5 lbs de vapor/hr) desde una temperatura de 100°C (212°F) hasta vapor saturado seco a 100 °C (212 °F). El equivalente energético es de 8 435.5 kcal/hr (33 475 Btu/hr).

Cabezal. Arreglo de tuberías empleado para la recolección de un fluido y lograr su adecuada distribución hacia otras tuberías.

CaCO3. Carbonato de calcio.

Caída de presión. Diferencia de presión entre 2 puntos en un sistema, causada por una resistencia al flujo (fricción).

Caja de humos. Espacio de la caldera que desempeña la función de caja colectora de los humos después de haber pasado por todos los conductos, antes de salir por la chimenea.

Caja de vientos. Cámara alrededor del quemador que mantiene aire a una presión suficiente para una apropiada distribución y descarga del aire secundario.

Caldera Dryback. Caldera de tubos de humo con una cubierta de refractario en la puerta trasera, misma que se abre para permitir mantenimiento o inspección.

 

Caldera paquete. Caldera con todos sus componentes: quemador, controles y equipo auxiliar, diseñado como una sola unidad lista para su instalación en el sitio.

Calidad del vapor. Porcentaje en peso del vapor en una mezcla de vapor y agua.

Calor residual. Calor sensible en gases no combustibles, descargado al medio ambiente.

Calorías. Cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1 gramo de agua destilada 1 °C, a una presión atmosférica constante.

Cámara de agua. Volumen de la caldera que esta ocupada por el agua y tiene como limite inferior un cierto nivel mínimo, del que no debe descender nunca el agua durante su funcionamiento.

Cámara de vapor. Parte de la caldera que queda sobre el nivel superior del agua (volumen ocupado por el vapor considerando el nivel máximo admisible de agua).

Capacidad de la caldera.

Capacidad de calentamiento de una caldera expresada en CC, kcal/h, Btu/h, kg de vapor/h o lb de vapor/h.

Capacidad nominal. Es la capacidad especificada por el fabricante del equipo mecánico.

Carbono fijo. Residuos de carbono menos la ceniza remanente en el calentador de prueba después de que la materia volátil ha sido eliminada en un análisis de combustible sólido.

Carga. Rapidez de evaporación requerida.

Carga base. Porción de una carga en una caldera que prácticamente es constante para largos períodos.

Carga continua máxima.

Carga que puede ser mantenida por un periodo específico de tiempo.

Carga de diseño. Carga para la cual se diseña una unidad generadora de vapor (considerada la máxima carga que puede soportar).

Carga fluctuante. Carga que cambia a intervalos relativamente cortos.

Cenizas. Materia inorgánica e incombustible en un combustible; también conocida como hollín.

Chimenea. Conducto vertical, que debido a la diferencia de densidad entre los gases internos y externos crea un tiro en su base, y sirve para dar salida a los gases de la combustión hacía la atmósfera, los cuales deben ser evacuados a una altura suficiente para evitar perjuicios y molestias al vecindario; además, produce el tiro necesario para que la combustión se efectúe en buenas condiciones y de modo continúo.

Choque térmico. Ciclo de oscilación de temperatura que resulta en la falla del metal debido a la expansión y contracción.

Circulación. Movimiento del agua y el vapor dentro de la caldera.

CO. Monóxido de carbono.

 

CO2. Dióxido de carbono.

Colector. Dispositivo utilizado para remover los sólidos contenidos en los gases de combustión.

Coloide. Sustancia orgánica finamente dividida que inhibe la formación de costras y resulta en la deposición de lodos e incrustación, o provoca que estos queden en suspensión, por lo que deben ser eliminados de la caldera.

Combustible. Sustancia que contiene elementos comburentes para la producción de calor.

Combustión. Rápida combinación química de oxígeno con los elementos de un combustible, que resulta en la liberación de calor.

Combustóleo. Residuo del petróleo de alta viscosidad utilizado frecuentemente en motores marinos y plantas de generación estacionarias (aceite No. 6).

Concentración. Sólidos contenidos en una unidad de peso del agua de alimentación.

Condensación. Paso de un gas a fase liquida.

Condensado. Agua condensada, resultado de la transferencia del calor latente del vapor hacia el exterior.

Condensador. Sistema que permite condensar el vapor  (estanque de acumulación y distribución de vapor).

Conducción. Forma de transferencia de calor a través de un medio sin presencia de movimiento de materia.

Conductividad. Propiedad de los materiales relacionada con la capacidad de transmitir calor por conducción cuando ocurre una diferencia de temperaturas.

Control. Dispositivo manual o automático que sirve para regular la caldera dentro de su operación normal. Si es automática, el dispositivo es accionado por variaciones de temperatura, presión, nivel de agua, tiempo, luz u otras.

Control de alta presión de gas.

Detiene al quemador si la presión de gas es muy alta.

Control de alta temperatura de aceite.

Detiene al quemador si la temperatura del aceite es muy alta.

Control de baja presión de gas.

Detiene el quemador si la presión del gas es muy baja.

Control de baja temperatura de aceite.

Previene la operación de la caldera si la temperatura del aceite es demasiado baja.

Control de operación. Dispositivo que sirve para arrancar y parar el quemador, en conjunto con un control límite de alta presión.

Control de rapidez de combustión.

Controlador por temperatura, presión o flujo, que regula la rapidez de combustión de un quemador de acuerdo a la desviación de la presión o temperatura respecto a condiciones predefinidas. El sistema puede estar diseñado para operar el quemador según ON/OFF, ALTA o BAJA FLAMA o en proporción de la demanda.

 

Control límite. Dispositivo interruptor que completa o abre un circuito eléctrico en presiones o temperaturas determinadas (también conocido como Interlock).

Convección. Forma de transferencia de calor provocada por la circulación de un líquido o gas. Puede ser convección natural con la circulación provocada por fuerzas de flotación debido a diferencias de temperatura, o convección forzada cuando la circulación es provocada por un dispositivo mecánico como un ventilador o bomba.

Coraza. Cubierta de hojas de metal u otros materiales tales como cerámicos resistentes al fuego utilizada para cubrir todas las partes de una unidad generadora de vapor.

Corrosión. Desgaste del metal provocado por la acción química, y que en una caldera se presenta generalmente por causa de O2, CO2 o un ácido.

Corte por bajo nivel de agua.

Dispositivo de seguridad que apaga la caldera/quemador en el caso de un bajo nivel de agua previniendo falla del recipiente a presión.

CSD-1. Estándar para controles y dispositivos de Seguridad ASME.

Damper. Dispositivo que regula la entrada de aire al quemador.

Deaereación. Remoción de aire y dióxido de carbono del agua de alimentación antes de su introducción a una caldera.

Deareador. Es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.

Demanda Instantánea Máxima.

Súbita demanda de carga en una caldera encima de la cual se puede producir una condición desbalanceada en el flujo interno o en la condición de superficie libre de la caldera.

Detector de flama. Dispositivo que indica si un combustible (líquido, gaseoso o pulverizado) está quemándose o si se ha perdido la ignición. La indicación puede ser transmitida a una señal o a un sistema de control.

Domo. Recipiente cilíndrico cerrado en ambos extremos diseñado para soportar presión interna. Esta estructura se localiza fácilmente en las calderas de tubos de agua.

Drenaje. Conexión con válvulas en el punto más bajo de destilado, para drenar el agua de las partes a presión.

Ducto. Pasaje de aire o gas.

Dureza. Medida de la cantidad de sales de calcio y magnesio en el agua. Usualmente se expresa como granos por galón de agua o ppm de CaCO3.

Economizador. Utiliza calor residual para transferir calor de los gases de combustión hacia el agua de alimentación.

Eficiencia. Es la relación entre la energía suministrada y la energía aprovechada.

 

 

Eficiencia combustible-vapor.

Es la relación entre la cantidad de calor agregado al agua de suministro para producir vapor, y la cantidad de energía suministrada por el combustible.

Eficiencia térmica. Relación entre el calor absorbido y el total de calor suministrado (no incluye la pérdida de calor por la envolvente).

Emparrillado. Sección que tiene por objeto servir de sostén al lecho de combustible y permitir el paso del aire para la combustión.

Ensuciamiento. Acumulación de hollín en los fluxes o en las superficies absorbedoras de calor que resulta en una restricción desfavorable del flujo de gas o de calor.

Envolvente de la caldera.

La parte exterior cilíndrica de un recipiente a presión.

Espumeo. Formación continua de burbujas con suficiente tensión superficial para permanecer como burbujas antes de llegar a la superficie libre. La descarga de vapor contiene excesivas cantidades de agua en suspensión de una caldera debido a una ebullición violenta.

Estancamiento. Condición de no movimiento o falta de circulación.

Estrangulador. Filtro que retiene partículas sólidas permitiendo el paso de líquido.

Estratificación. Capas heterogéneas transversalmente dispuestas al flujo del gas.

Evaporación. Cambio de estado físico de un líquido a vapor, que ocurre en una interfase líquido-gas, es decir, en la superficie libre de todo líquido.

Exceso de aire. Aire suministrado en exceso para la combustión en relación con la cantidad de aire teóricamente necesaria para una oxidación completa.

Eyector. Equipo que utiliza la energía cinética de un chorro de agua u otro fluido para remover un fluido o material depositado en tanques.

Factor de carga. Relación entre la carga promedio en un periodo de tiempo determinado entre la máxima carga ocurrida durante ese periodo.

Filtro. Material poroso a través del cual circulan los fluidos y partículas sólidas para separar materia en suspensión.

Filtro de bolsa. Dispositivo que contiene uno o más bolsas de tela para la recuperación de partículas del gas o el aire que es soplado a través de él.

Filtro de polvo. Equipo diseñado para impedir el flujo de partículas grandes de polvo o chispas en una chimenea. Usualmente se coloca en la parte superior.

Fireye. Cerebro o control principal de la caldera.

Flama. Cuerpo luminoso de un gas o un vapor en combustión.

Flux. Pasaje para los productos de la combustión.

 

Forro. Material empleado en el lado del hogar sobre la pared; generalmente está hecho de un refractario de alto grado, ladrillo, o material refractario.

Fuga. Cantidad incontrolable de líquido que entra o sale a través de una abertura, en un conducto de aire o gas.

Gas LP. Gas formado por hidrocarburos volátiles del propano al pentano, mezclados con hidrógeno y metano a presión. Por ser resistente a la presión puede ser transportado en tanques de acero a presión y en forma líquida, y puede ser utilizado en vez de la gasolina para operar los motores de combustión. Es vendido con distintos nombres, pero los más conocidos son: propano, butano, LP, gas en bidón, o gas azul.

Gas natural. Combustible gaseoso que se obtiene de las mezclas que se producen naturalmente de gases y vapores de los hidrocarburos presentes en las formaciones geológicas porosas, situadas bajo la superficie terrestre, y frecuentemente asociadas al petróleo. Los gases más importantes son el propano, el metano, el etano, el butano, el pentano y el hexano. El contenido de energía del gas natural se considera habitualmente de 9 183 kcal/m3.

Gasóleo. Destilado del petróleo obtenido después del queroseno; con un punto de explosión de 76 °C, y que se usa para carburar el gas de agua en las plantas de gas y para combustible en los motores diesel.

Gas seco. Gas que no contiene vapor de agua.

Golpe de ariete. Un incremento súbito en la presión del agua, debido a una conversión instantánea de momentum en presión.

Hogar. Fogón o caja de fuego que corresponde a la parte en que se quema el combustible.

Humedad en el vapor. Partículas de agua contenidas en el vapor.

Humedad relativa. La relación de masa de vapor de agua presente en una unidad de volumen de gas.

Humo. Pequeñas partículas de carbón u hollín, menores que una micra de tamaño, resultado de una combustión incompleta de materiales carbonosos.

Ignición. Es el inicio de la combustión.

Incrustación. Capa o recubrimiento duro de material en la superficie de las partes a presión de la caldera. Sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.

Infiltración de aire. Fuga de aire dentro de un ducto o cámara.

Inhibidor. Sustancia que selectivamente retrasa una reacción química. Un ejemplo es el uso de inhibidores en una caldera, cuando después de haber introducido ácido para remover la escoria e incrustaciones, previene el ataque corrosivo del ácido en el metal de la caldera.

 

Inyector. Dispositivo que utiliza un chorro de vapor para conducir y entregar agua de alimentación a la caldera.

Juntas de expansión. Junta que permite movimiento debido a la expansión sin provocar esfuerzos residuales.

Limpieza con ácido. Proceso de limpieza de las superficies interiores de las unidades generadoras de vapor, llenando la unidad con ácido diluido acompañado por un inhibidor para prevenir la corrosión, un drenado posterior, lavado y neutralizado del ácido mediante agua alcalina.

Listado UL. Certificación que indica que el producto cumple con los estándares de seguridad determinado por los Underwriters Laboratories.

Lodo. Depósito sedimentario formado por agua blanda que normalmente puede ser removido mediante purgas.

Mampostería. Construcción de ladrillo refractario y ladrillos comunes que tienen como objeto cubrir la caldera para evitar desprendimiento de calor al exterior.

Mantenimiento. Servicio que agrupa una serie de actividades, cuya ejecución permite alcanzar un mayor grado de confiabilidad en los equipos, e instalaciones.

Máxima presión de operación permisible.

Máxima presión manométrica permitida en una caldera. Esta presión debe ser menor o igual a la presión más baja de diseño para cualquiera de sus partes, y está basada en pruebas y cálculos para cada parte sujeta a presión en la caldera, usando un espesor nominal de la envolvente. Es la base para las condiciones de presión de los dispositivos de seguridad.

Medidor de nivel. Parte transparente de un medidor de agua conectado directamente o mediante la columna de agua de la caldera, debajo y encima de la línea de la superficie libre del agua, para indicar el nivel de agua dentro de la caldera.

Muestreo. Remoción de una porción de material para su análisis.

Nivel de agua. Elevación de la superficie del agua en una caldera.

Orificio. Abertura de una cámara de mezclado de un atomizador de vapor a través del cual el combustible líquido se descarga. Abertura calibrada en una placa, insertada transversalmente en una corriente de gas para medir la velocidad del flujo.

Paso. Pasaje confinado que contiene una superficie de calefacción a través de la cual un fluido se mueve esencialmente en una dirección.

Pescante. Estructura donde se sostienen las puertas delantera y trasera, en calderas grandes de tubos de humo, cuando se abren.

PH. La concentración de iones de hidrógeno de una sustancia para denotar acidez o alcalinidad. Un valor de pH de 7 es neutral. Un pH encima de 7 denota alcalinidad mientras que un pH menor a 7 denota acidez. Este número de pH es el exponente negativo de 10 representando la concentración de iones de hidrógeno en gramos/litro. Por tanto, un pH de 7 representa 10-7 gramos/litro.

 

Piloto. Dispositivo del cuál, su flama se utiliza para encender el combustible en los quemadores principales.

Poder calorífico. Cantidad de calor producido por un combustible a través de combustión completa. Usualmente se expresa en kcal/m3, kcal/lt o kcal/kg en el Sistema Internacional y en Btu/ft3 o Btu/lb en el Sistema inglés.

Post-barrido. Método de aerear el hogar y los pasos de la caldera para eliminar todos los gases o vapores combustibles, después de que los controles de falla de flama han detectado el paro del piloto y el quemador y las válvulas de seguridad están cerradas.

Pozo de cenizas. Pozo o cavidad localizada debajo del hogar, en donde se acumulan partículas sin quemar y donde se eliminan estas partículas periódicamente.

ppm. Partes por millón, utilizado en determinaciones químicas como una parte por un millón de partes en peso.

Presión. Fuerza por unidad de área.

Presión absoluta. Presión total que soporta un sistema, y resulta de la suma de la presión atmosférica y manométrica.

Presión atmosférica. Presión que el aire atmosférico ejerce sobre todos los cuerpos que están en contacto con el. A nivel del mar, la presión es de 1.033 kg/cm2 o 14.7 psi. En la ciudad de México la presión atmosférica local es de 7.8 x 104

N/m2.

Presión de diseño. Presión utilizada en el diseño de una caldera para propósitos de cálculo del mínimo espesor permisible de la envolvente y las características físicas de las partes de la caldera.

Presión manométrica. Cantidad en que la presión absoluta excede a la presión atmosférica.

Pressuretroles. Controladores de presión (manómetros diferenciales).

Protector de flama. Control que sigue la secuencia del quemador durante varias etapas de operación para suministrar el aire apropiado de purgas, la ignición, la operación normal y el paro por seguridad.

Prueba hidrostática. Prueba de resistencia por agua, de un recipiente cerrado sujeto a presión.

Puerta de limpieza. Puerta colocada para remover las cenizas acumuladas.

Puerto. Abertura a través de la cual pasa un fluido.

Punto de flama. Menor temperatura a la que bajo condiciones específicas, el combustible contiene suficiente vapor como para falsear en una flama instantánea cuando se enciende.

Punto de rocío. Temperatura a la que ocurre la condensación del vapor de agua.

Pureza del vapor. Grado de contaminación del vapor que se expresa en ppm.

 

Purga. Agua de la caldera que se vacía con el fin de mantener la concentración deseada de sólidos disueltos o suspendidos en la caldera y la remoción de lodos.

Purgas continuas. Remoción constante de agua concentrada en la caldera para el control de concentración de sólidos totales en el agua del interior.

Purga de fondo. Evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.

Purga de superficie. Evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.

Purga Intermitente. Purga del agua de la caldera en intervalos de tiempo (purgas de fondo).

Purgas superficiales. Remoción de agua, espuma, etc., de la superficie al nivel del agua de la caldera (purgas continuas).

Quemador. Dispositivo para la introducción del combustible y el aire en el hogar a la velocidad, concentración y turbulencia adecuada.

Rango de desfogue de seguridad.

Diferencia entre la presión a la cual la válvula de seguridad abre y a la cual cierra.

Rapidez de evaporación.

Número de kilogramos de agua evaporada por unidad de tiempo.

Rapidez de propagación de flama.

Velocidad de ignición a través de una mezcla de combustible.

Recipiente a presión. Recipiente cerrado o contenedor diseñado para confinar un fluido a una presión por encima de la presión atmosférica.

Recirculación. Es la reintroducción de parte del fluido para repetir el ciclo de circulación.

Registro hombre. Abertura cuyo tamaño es suficiente para permitir el paso de un hombre para inspeccionar interiormente una caldera y limpiarla si es necesario (pueden tener uno o mas registros de hombre según el tamaño del equipo).

Registro de mano. Abertura de accesos en una parte de presión de la caldera que generalmente no excede las 6" en su dimensión más larga.

Refractario. Material cerámico utilizado en las calderas para proteger las superficies de metal y los espejos de la caldera.

Relación aire-combustible.

Relación de volumen o peso entre el aire y el combustible necesarios para la combustión.

Repuesto. Es el agua que se agrega a la caldera para compensar las pérdidas por fugas, purgas, operación, etc.

Sedimento. Materia en el agua que puede ser removida de la suspensión por gravedad o medios mecánicos. Un material sólido no combustible que se deposita en el fondo del recipiente que contiene el líquido; un pequeño porcentaje está presente en los combustibles residuales.

Segregación. Tendencia de la suciedad a depositarse en determinadas partes de la unidad.

 

Separador de vapor. Dispositivo para remover el agua que es arrastrada por el vapor.

Sobrepresión. Mínima presión de operación de una caldera de agua caliente suficiente para prevenir la vaporización del agua.

Sólidos disueltos. Aquellos sólidos que se encuentran en solución, en el agua.

Sólidos suspendidos. Sólidos no disueltos en el agua de la caldera.

Solución. Un líquido como el agua de la caldera, que contiene sustancias disueltas.

Soplador. Ventilador utilizado para forzar aire bajo presión.

Soplador de hollín. Dispositivo mecánico para descargar vapor o aire y limpiar las superficies absorbentes de calor.

Suavización. Acto de reducir la incrustación formada por impurezas de calcio y magnesio en el agua.

Suavizador de agua. Elimina la dureza del agua a través de un intercambio iónico de sodio con calcio y magnesio.

Tapas de registro de inspección o lavado.

Tapas que tienen por objeto permitir la inspección ocular del interior de las calderas, o lavarlas si es necesario para extraer, en forma mecánica o manual, los lodos que se hayan acumulado y que no hayan salido por las purgas.

Temperatura ambiente. Temperatura del aire que rodea al equipo.

Temperatura de ignición.

Menor temperatura de un combustible, a la cuál, la combustión se vuelve autosostenida.

Temperatura de saturación.

Temperatura a la cual ocurre la evaporación a una presión particular.

Temperatura del vapor de diseño.

Temperatura de vapor para la cual se diseña la caldera.

Termocople. Instrumento medidor de temperatura.

Tiempo de paro. Cantidad de tiempo en el cual una pieza de un equipo no está operando.

Tiro. Diferencia entre la presión atmosférica y una mayor presión existente en el hogar o los conductos de los gases de combustión en un generador de vapor.

Tiro de chimenea. Magnitud del tiro medido en la entrada de la chimenea.

Tiro disponible. Tiro que debe ser utilizado para mover el aire de combustión o el flujo de productos de la combustión.

Tiro mecánico. Presión negativa producida por medios mecánicos para mover gases o vapores.

Tiro teórico. El tiro que estaría disponible en la base de la chimenea si no existiera fricción o pérdidas por aceleración en la chimenea.

 

Tobera. Conexión con cuello soldado a un domo o envolvente para la salida o entrada de fluidos.

Trampa. Receptáculo para la recirculación de material indeseable.

Tratamiento del agua de alimentación.

Tratamiento del agua de alimentación a la caldera mediante la adición de químicos para prevenir la formación de costras o eliminar otras características perjudiciales.

Tratamiento químico. Agregar productos químicos al agua de la caldera para precipitar yacondicionar los sólidos, acarrear metales y oxigeno.

Tubo. Cilindro hueco para el transporte de fluidos.

Tubo de agua. Tubo de una caldera que contiene agua y vapor circulando en su interior y calor aplicado en el exterior.

Unidad de verificación (UV).

Persona física o moral acreditada y aprobada en los términos de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, para verificar el grado de cumplimiento de la Norma Oficial Mexicana para recipientes sujetos a presión y calderas.

Unidad generadora de vapor.

Unidad a la cual se suministra agua, combustible y aire y en la cual se produce vapor. Consiste en un hogar, un equipo de quema de combustible y puede incluir paredes de agua, sobrecalentadores, recalentador, economizador, calentador de aire o una combinación de ellos.

VA. Volt amperes.

Válvula de alivio. Dispositivo automático que alivia la presión ocasionada aguas arriba del dispositivo y caracterizado por la acción inmediata de su apertura.

Válvula de Control. Válvula utilizada para controlar el flujo de aire, gas, agua, vapor u otra sustancia.

Válvulas de purga continua.

Válvula generalmente utilizada para regular continuamente la concentración de sólidos en la caldera. No es una válvula de drenado, (comúnmente llamada purga continua).

Válvulas de purga de fondo.

Válvula especialmente diseñada y manualmente operada que conecta a la caldera con el propósito de reducir la concentración de sólidos en la caldera o para propósitos de drenado, (comúnmente llamada purgas de fondo).

Válvulas de seguridad. Una válvula con resorte que automáticamente se abre cuando la presión adquiere los valores de disparo de la válvula. Se utiliza como el último dispositivo de seguridad en la prevención de un incremento de presión en la caldera.

Válvula de seguridad de corte.

Válvula manual, eléctricamente operada, diseñada para cortar el suministro de combustible cuando se desenergiza.

Válvula manual de corte de gas.

Válvula operada manualmente en una línea de gas con el propósito de cortar o suministrar completamente el gas.

 

Vapor. Fase gaseosa del agua cercana a la curva de saturación (producto gaseoso de la evaporación).

Vapor de proceso. Vapor utilizado para propósitos industriales en vez de generación eléctrica.

Vapor húmedo. Vapor con arrastre de espuma proveniente de agua que contiene una alcalinidad elevada (vapor que contiene humedad).

Vapor saturado. Vapor a la misma temperatura y presión a la cual ocurre la evaporación.

Vapor seco. Vapor que no contiene humedad. Comercialmente, el vapor seco se le llama a aquel vapor que no contiene más de 0.5% en humedad (vapor en óptimas condiciones).

Vapor sobrecalentado. El vapor con una temperatura más allá de la temperatura de saturación. La temperatura encima de la temperatura de saturación se le llama sobrecalentamiento.

Venteo. Abertura en un recipiente u otro espacio confinado para la remoción de gas o vapor.

Ventilador. Máquina que consiste de rotor y una coraza que sirve para mover aire o gases a diferenciales de presión relativamente bajos.

Ventilador axial. Consiste en una propela, o rueda tipo disco dentro de un cilindro que descarga aire paralelamente al eje de la rueda.

Ventilador Centrífugo. Consiste en un rotor o rueda dentro de un compartimento que descarga aire a un ángulo perpendicular al eje de la rueda.

Ventilador de tiro forzado.

Ventilador que suministra aire bajo presión al equipo de combustión.

Ventilador de tiro inducido.

Ventilador que despide los gases calientes del equipo de absorción de calor, jalándolos desde el interior hacia el exterior.

Volumen del hogar. Volumen de la cámara de combustión.

 

JUSTIFICACIÓN Las necesidades humanas se pueden satisfacer solamente a través del crecimiento industrial y esto se apoya grandemente en las empresas generadoras de electricidad y otras empresas de procesos. El vapor se utiliza en casi todas las industrias; y los generadores de vapor, y calderas recuperadoras de calor son vitales para las plantas de potencia y de proceso. Es por ello que las calderas forman una parte esencial de cualquier planta de potencia o sistema de cogeneración.   

ALCANCE

Este procedimiento se elaboró con la finalidad de generalizar lo más ampliamente posible su utilidad para calderas del tipo tubos de humo. La investigación será de tipo descriptivo ya que tiene como propósito identificar las principales fallas que existen en el funcionamiento de una caldera de vapor.

OBJETIVO GENERAL Elaborar un procedimiento por medio del cual se establezca la forma adecuada y los cuidados más importantes que se deben tener, para realizar de manera propicia la puesta en marcha, operación, y mantenimiento de una caldera tipo tubos de humo, para garantizar que la caldera y los equipos auxiliares específicos de la planta sean operados con máxima eficiencia y confiabilidad, con el propósito de que el suministro de vapor sea constante y no afecte la función productiva de la misma; así como también, optimizar el consumo de combustible. Explicando el funcionamiento de los elementos principales que conforman una caldera, y los mecanismos relacionados en el proceso de su mantenimiento, que permitan adquirir habilidades para el manejo de procedimientos implícitos en las actividades operacionales y de mantenimiento.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Establecer los requisitos mínimos de seguridad en el funcionamiento de calderas en los centros de trabajo, para la prevención de riesgos a los trabajadores y daños en las instalaciones.

• Descubrir posibles mecanismos de fallas en las calderas y su ubicación. • Establecer la relación entre las fallas más frecuentes con las prácticas operacionales y de

mantenimiento. • Detectar las causas de fallas prematuras en una caldera y los métodos convencionales de

prevención de fallas. • Definir los puntos a ser auditados en un sistema de generación de vapor. • Explicar los procesos de producción. • Explicar los procesos de combustión. • Conservar las condiciones de diseño de la instalación. • Alargar la vida útil de los equipos y accesorios. • Disminuir los tiempos de interrupción del servicio. • Obtener el mayor rendimiento en la forma más eficiente y económica posible. • Disminuir los costos de reparación. • Disminuir “disgustos” para la Administración.  

INDICE

TEMA PÁGINA

Introducción 1 - 2 Un poco de historia sobre calderas 3 - 4

Capítulo I Caldera y elementos constitutivos 5 - 18 ¿Qué es una caldera? Clasificación de calderas. Funcionamiento de una caldera. Controles para el manejo y seguridad. Calidad del agua para alimentar una caldera. Fabricación. Aspectos a evaluar en una caldera.

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Capítulo II Especificaciones técnicas de la caldera 19 - 24 Datos generales. Descripción del equipo. Características técnicas. Dimensiones generales.

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Capítulo III Puesta en marcha 25 - 35 ¿Cómo elegir una caldera? Procedimiento para obtener la autorización de funcionamiento. Programa de capacitación para la certificación como técnico en operación y mantenimiento de calderas de vapor de tubos de humo. El sistema de encendido.

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Capítulo IV Procedimiento de operación 36 - 42 Material y equipo. Operación. Comprobaciones durante el funcionamiento.

Sistemas de agua caliente. Sistemas de vapor. Temperatura de los gases en la chimenea. Análisis de los gases de combustión.

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Capítulo V Procedimiento de mantenimiento 43 - 68 Mantenimiento. Variables en una caldera. Material y equipo. Procedimiento de seguridad. Carburación. Calibración de electrodos. Limpieza del fogón. Tubo de vidrio del indicador de nivel de agua. Controles eléctricos.

Diagrama general del tablero eléctrico. Identificación y localización de contactos, levas y relevadores del

programador CB-20. Seguridad de la flama. Mantenimiento del quemador de gas. Resorte de la leva. Válvula medidora de aceite combustible, válvula de ajuste y válvula de desahogo. Mantenimiento diario. Mantenimiento cada tercer día. Mantenimiento semanal.

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INDICE

TEMA PÁGINA

Mantenimiento quincenal. Mantenimiento mensual. Mantenimiento trimestral. Mantenimiento semestral. Mantenimiento anual. Averías comunes en calderas. Cuidados en calderas.

Cuidados del lado del agua. a) Picaduras y corrosión por oxígeno. b) Formación de incrustaciones. c) Acumulación de lodos. d) Vapor húmedo y arrastres del vapor. e) Empaques. f) Almacenamiento de calderas fuera de uso.

Cuidado del lado del fuego. a) Hogar, tubos y espejos. b) Limpieza de tubos. c) Empaques. d) Refractario.

Cuidados del quemador. a) Controles de combustible.

Diagrama de flujo de aceite. Cuidados de los controles.

a) Control de nivel de agua.

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Capítulo VI Costos 69 - 73 Costos de mantenimiento. Costos de operación.

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Conclusiones. 74 Anexos 76 - 86

Apéndice A. Reglamento de aparatos a presión. Apéndice B. NOM-020-STPS-2002. Obligaciones. Apéndice C. NOM-020-STPS-2002. Condiciones de seguridad. Apéndice D. NOM-020-STPS-2002. Inspecciones. Apéndice E. Formato N-020 Solicitud / Aviso. Apéndice F. Requisitos para el registro de bitácoras de operación y mantenimiento. Apéndice G. NOM-028-STPS-1994 Identificación de fluidos en tuberías.

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Bibliografía. 87  

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INTRODUCCIÓN

Una calera es un recipiente sujeto a presión que sirve para calentar agua, con la finalidad de producir una cantidad de vapor necesario para alimentar a una máquina térmica, los radiadores de calefacción central, las estufas para esterilizar y otras instalaciones. Las calderas más simples consisten en un recipiente cilíndrico dispuesto sobre un hogar; para aumentar la superficie de contacto, se han agregado al cuerpo principal unos tubos que comunican con el mismo. La caldera es el equipo básico de una instalación para producir vapor, y ciertamente el componente más costoso del conjunto, consta de la simple cámara para generar calor, la caldera, el fogón y sus estructuras. A esto hay que agregar los quemadores mecánicos, los hogares enfriados por medio de agua, los supercalentadores, economizadores, calentadores de aire, y otros accesorios relacionados con las calderas, tales como deareadores de agua de alimentación, ventiladores de tiro forzado o tiro inducido, bombas y aparatos similares, para la formación de unidades generadoras de mayor capacidad y más completas. No basta el hecho de que cada elemento de la unidad generadora de calor, sea eficiente en lo individual y que esté bien construida. En las condiciones actuales de la economía se necesita obtener desde un principio, el máximo rendimiento económico y la mayor seguridad en el servicio del conjunto a un costo mínimo. Este objetivo, se logra mediante un riguroso estudio, para que todos los componentes y accesorios de que está formada la planta guarden entre sí una relación equilibrada conveniente. Cada elemento debe conservar una proporción determinada con relación a los demás. Tanto el propietario como el ingeniero, así como también el fabricante, tienen un interés común en la obtención de una instalación lo más eficiente posible; y esto sin lugar a dudas requiere su más alta colaboración para asegurar la selección correcta del equipo de combustión y del que genera calor, y su congruente adaptabilidad entre sí; para ello hay que considerar minuciosamente cada detalle independientemente de cual sea el tamaño de la unidad. El vapor es ampliamente utilizado para calefacción para secar pastas, para evaporar disoluciones químicas, para procesos de calentamiento, para mover turbinas, máquinas y bombas; para realizar los miles y miles de procesos en todas las ramas de la industria. El vapor es utilizado en estos casos, simplemente porque existe una necesidad de calor y de energía al miso tiempo, y el vapor es la manera más adecuada y económica de transportar grandes cantidades de calor y de energía. El vapor es fácil de producir, ya que se obtiene del agua y generalmente se requiere de un recipiente adecuado para producirlo industrialmente, este recipiente es una caldera o un generador de vapor. Las calderas modernas se construyen según normas de fabricación de prestigio internacional, y están provistas de equipos automáticos de operación y seguridad, haciendo pensar a algunos usuarios que no requieren la atención de expertos. Por esta razón ponen sus unidades en manos de gente con poca experiencia que no siguen las buenas reglas de operación en la forma debida, y muchos de ellos se figuran que su caldera al ser completamente automática, está completamente protegida de accidentes, sin considerar que todo recipiente sujeto a presión y que se encuentre bajo fuego, es potencialmente peligroso, y sus controles automáticos no sustituyen a las reglas de seguridad.

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Se puede aceptar tranquilamente las responsabilidades de una caldera con operación digna de confianza, pero la seguridad, confiablidad, y eficacia en la operación solamente pueden conservarse con la aplicación de un programa básico de mantenimiento. Es indiscutible que las calderas y recipientes sujetos a presión representan riesgos tanto en vidas como en fincas. Tan es así, que existen normas para su construcción y reglamentos para su instalación, operación, y mantenimiento; todas ellas con la intervención de autoridades, agrupaciones de ingenieros, y compañías de seguros. La confiabilidad de una caldera no depende exclusivamente de su fabricante, ya que éste al cumplir con las normas de construcción universalmente reconocidas, salva totalmente su responsabilidad. El montador que observa los reglamentos y normas de instalación también puede olvidarse de los riesgos que representa una caldera, pero la persona que la opera tiene una alta responsabilidad permanente, y nunca puede dejar de pensar en los cuidados a seguir para mantener condiciones optimas de seguridad. Una instalación satisfactoria, refleja un alto sentido de responsabilidad; y la selección de accesorios inadecuados o descompensados entre sí, ocasiona problemas que, a la postre afectaran a todos los interesados. El mantenimiento en calderas debe ser una actividad rutinaria, muy bien controlada en el tiempo, y por lo tanto; el desarrollar un programa de mantenimiento permite que la caldera funcione con un mínimo de paradas en producción, minimiza costos de operación y permite un funcionamiento seguro. El mantenimiento en calderas puede ser de tres tipos:

- Predictivo. - Preventivo. - Correctivo.

Es por esta razón que el presente procedimiento reúne información bibliográfica y experiencias de personas que tienen un contacto cotidiano con la operación de calderas, esperando que este material sirva como un manual de apoyo para la puesta en marcha, la operación y el mantenimiento de calderas. La forma de desarrollar las actividades vienen por separado, es decir; primero se describirá la forma de realizar la puesta en marcha, después el procedimiento de operación y finalmente el mantenimiento, ya que con un adecuado plan de mantenimiento se obtendrá un mejor funcionamiento, y a su vez un mayor aprovechamiento del equipo.

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UN POCO DE HISTORIA SOBRE CALDERAS

La historia de la caldera ha sido larga y de constantes avances tecnológicos; y no pudo ser sino Inglaterra, corazón industrial del mundo, a finales del siglo XVIII y comienzos del XIX, la cuna de uno de los inventos más portentosos del hombre en cuanto a la obtención de energía: la caldera a vapor, cuando James Watt observó que se podría utilizar el vapor como una fuerza económica que remplazaría la fuerza animal y manual, se empezó a desarrollar la fabricación de calderas, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias. Con el paso de los años se han mejorado y optimizado los diseños, disminuyendo así su tamaño y aumentando considerablemente la eficiencia de la caldera. Las primeras calderas tenían el inconveniente de que los gases calientes estaban en contacto solamente con su base, y en consecuencia se aprovechaba mal el calor del combustible; debido a esto las instalaciones industriales fueron perfeccionándose, colocando el hogar en el interior de la caldera y posteriormente se le introdujeron tubos, para aumentar la superficie de calefacción. Así, pues, mientras el mundo, más allá de la pujanza industrializadora de los ingleses, demandaba recursos energéticos para su desarrollo, la caldera fue ganando espacios y llegó a transformarse en un equipo indispensable para los procesos productivos. El invento fue tal vez rudimentario al comienzo, pero fue logrando avances en la medida que diferentes hombres de gran ingenio incorporaron nuevas ideas para ir haciéndolas cada vez más eficientes y seguras. La caldera de vapor más elemental fue diseñada por Dionisio Papin en 1769, una caldera de pequeñas dimensiones llamada “marmita” con ella se trató de reemplazar a los modelos anteriores pero el intento fracasó; sin embargo, quien la desarrolló completamente fue James Watt en 1776. Estas calderas eran utilizadas para accionar bombas de agua, tenían forma cilíndrica vertical y eran de larga vida útil; además, fueron éstas las responsables de la revolución industrial que comenzó en ese siglo. Las calderas tipo Lancashire fueron desarrolladas en 1844 por William Fairbairn, a partir de lo que se conocía como caldera “Cornich” de un fogón o caldera “Trevithick's”, su estructura estaba compuesta por un largo manto de acero, por lo general de 5 a 10 m de largo, a través del cual pasaban 2 tubos de gran diámetro llamados fogones; cada fogón era corrugado de manera que absorbiera la expansión de la caldera cuando se calentaba y para prevenir su colapso debido a la presión externa de la caldera se instalaba una cámara de combustión a la entrada, en lo que corresponde al frente de la caldera. La cámara de combustión de la caldera estaba diseñada para quemar gas, petróleo o carbón, y los combustibles calientes pasaban de la cámara de combustión a los fogones de la caldera, los cuales se encontraban rodeados por agua en su exterior y el calor que se generaba en la cámara de combustión era transferido al agua de la caldera. La caldera era instalada en una fundición de ladrillo llamada “setting” o montura, con el propósito de mejorar la eficiencia térmica del equipo de la caldera. Después de pasar por los fogones, los gases calientes eran derivados bajo la caldera por un conducto de ladrillo, incluido en el “setting”, transfiriendo el calor al agua por la parte inferior del manto de la caldera. En el frente de la caldera el flujo de gases calientes era dividido en dos corrientes que pasaban hacia el fondo del equipo por los costados. Esto se conseguía mediante 2 ductos en los lados de la caldera, que formaban parte del Setting y que se encontraban al fondo de la caldera para dar paso a la chimenea. Por mucho tiempo se fabricaron calderas de distintos tamaños, la más pequeña medía 5.5 m de largo por 2 m de diámetro y la más grande era de 10 m de largo por 3 m de diámetro, su producción de vapor variaba entre 1 500 kg/h y hasta 6 500 kg/h aproximadamente, operando a presiones de hasta 17 Bar. Contenían un gran volumen de agua, que se traducía en una gran capacidad de almacenamiento de energía, con lo que podían responder fácilmente a demandas repentinas de vapor. El volumen de agua contenida significaba también que el control del nivel y de la calidad del agua no era tan crítico como en las calderas modernas, su principal desventaja era que después de calentamientos y enfriamientos repetidos, las expansiones y contracciones se traducían en deterioro de la mampostería, lo que provocaba infiltraciones de aire parásito, que desequilibraba el tiro de la caldera, a la vez que disminuía su eficiencia. La introducción de la caldera pirotubular multitubos más pequeña y eficiente, significó la eventual muerte de las calderas tipo Lancashire. En el año 1878, la invención de Edward Comnton, fue exhibida por primera vez, la famosa caldera Cochran cuya principal novedad fue la introducción de tubos horizontales en un manto cilíndrico vertical

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por medio de placas tubulares bridadas, lo que se traducía en un tamaño pequeño. La caja de humo era parte de la caldera, con la chimenea apernada a un lado. Estas calderas, rápidamente ganaron reputación gracias a su gran confiabilidad, flexibilidad y gran calidad de fabricación, de hecho, la mayoría de los barcos a vapor en circulación a principios del siglo XX tenían caldera Cochran como caldera auxiliar a la caldera principal. La Caldera Económica fue un diseño que correspondió a una mejora de la Caldera Lancashire y que estaba constituida por un manto cilíndrico exterior, que contaba en su interior con 2 fogones o tubos de gran diámetro donde se instalaban las cámaras de combustión de la caldera. Los productos de combustión calientes dejaban los fogones por el fondo de la caldera entrando a una cámara de ladrillos refractarios (fondo seco), donde los productos de combustión eran derivados hacia una gran cantidad de tubos de pequeño diámetro instalados por sobre los fogones de la caldera. Estos tubos constituían una gran superficie de transferencia de calor, en donde los productos de combustión dejaban la caldera por el frente y a través de un ventilador de tiro inducido pasaban luego a la chimenea de la caldera. La caldera económica de 2 pasos tenía la mitad del tamaño de una caldera tipo Lancashire y disponía de una eficiencia térmica más alta. Su tamaño era de aproximadamente 3 m de largo y 1.7 m de diámetro hasta aproximadamente 7 m de largo y 4 m de diámetro, y la producción de vapor iba desde 1 000 kg/h hasta 15 000 kg/h aproximadamente. En 1934 la caldera Cochran alcanzó un acuerdo con Kirke y lanzaron una línea de calderas horizontales recuperadoras de calor que resultaron muy exitosas, ideales para generar vapor a partir de gases calientes residuales provenientes de procesos en las industrias del gas y del acero. Posteriormente, con la invención y patente de los tubos sinuflo, por Percy Kirke, la caldera de combustión de gas se volvió ineficiente; pues el tubo sinuflo permitía que el gas caliente transfiriera en todo el largo del tubo la mayor parte del calor hacia el agua. La sobresaliente eficiencia térmica de los tubos sinuflo, significó que más tarde fueran incorporados por todos los fabricantes de calderas en el mundo. La Caldera Económica de Cochran lanzada al mercado en 1940, incluía un ventilador de tiro inducido, una gran cámara de combustión y un fácil acceso a su interior. En 1959 se lanzó al mercado la caldera vertical Cochran Serie II, que alcanzaba eficiencias térmicas de más del 80 % y una gran producción de vapor, su funcionamiento podía ser completamente automático, operaba tanto con combustibles líquidos como sólidos, y en su mayoría fueron construidas mediante uniones soldadas. El concepto de la Caldera Paquete data de 1950, y corresponde a una caldera completa con todos sus accesorios, quemador para la combustión de petróleo o gas, bombas de agua y controles automáticos todos montados como una unidad en una base compacta para transporte, ensamblada de fábrica; la mejora en los materiales y en los procesos de fabricación permitió instalar más tubos en cada unidad. Al forzar los gases a cambiar de dirección haciéndolos pasar por tubos, se consiguió acortar la caldera, y mejorar notablemente las tasas de transferencia de calor; el estado actual de este proceso evolutivo es la caldera paquete multitubular moderna. Estas calderas se clasifican de acuerdo al número de pasos; es decir, de acuerdo al número de veces que los productos de combustión calientes pasan a través de la caldera; su diseño más común corresponde a las calderas de tres pasos, siendo el primero la cámara de combustión de la caldera y los dos siguientes a través de los tubos de la caldera. La Caldera de Llama Reversa es una variación del diseño convencional, la cámara de combustión tiene la forma de un dedal; el quemador está instalado en su extremo abierto por debajo del centro, la llama retorna sobre sí misma dentro de la cámara de combustión para volver hacia el frente de la caldera y los tubos de humo rodean el dedal y permiten el paso de los productos calientes de combustión a la parte trasera y a la chimenea de la caldera. Las calderas modernas varían en tamaño desde las que solo se utilizan para proporcionar vapor o agua caliente a los hogares, pasando por unidades de tamaño medio empleadas para obtener energía para operar prensas, hasta las calderas de gran tamaño que se utilizan como fuerza principal para producir energía eléctrica, pueden adaptarse para quemar casi cualquier tipo de combustible disponible, siempre y cuando, antes de realizar los cálculos iniciales para determinar el tamaño de la unidad, el diseñador conozca el tipo de combustible a utilizar.

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¿Qué es una caldera?

Clasificación de calderas.

Funcionamiento de una caldera.

Controles para el manejo y seguridad.

Calidad del agua para alimentar una caldera.

Fabricación.

Aspectos a evaluar en una caldera.

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¿QUÉ ES UNA CALDERA?

Una caldera es un recipiente cerrado en el que se calienta agua, se genera vapor o se sobrecalienta el vapor bajo presión o vacío mediante la aplicación de calor generado por combustibles, electricidad o energía nuclear. El vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado, el calor procedente de cualquier fuente de energía, se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:

• Esterilización, es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos.

• Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petróleos pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.

• Generar electricidad a través de de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado. Por lo general las calderas en función de su uso, se subdividen en cuatro: residencial, comercial, industrial y de servicios públicos. Calderas residenciales: producen vapor a baja presión o agua caliente, sobre todo para aplicaciones de calefacción en residencias privadas. Calderas comerciales: producen vapor o agua caliente, sobre todo en aplicaciones de uso comercial, y en ciertas ocasiones en operaciones de procesos. Calderas industriales: producen vapor o agua caliente, ante todo en aplicaciones de procesos y algunas veces para calefacción. Calderas de servicios públicos: producen vapor que normalmente se usa para generar electricidad. Las calderas de vapor, constan básicamente de 2 partes principales:

1. Cámara de agua. Es el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera; allí es donde se separa el vapor del agua para lograr posteriormente la suspensión. El nivel de agua se fija en su fabricación, de tal manera que sobrepase en unos 15 cm por lo menos a los tubos o conductos de humo superiores. Cuanto más variable es el consumo del vapor, mayor será el volumen de la cámara; con esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua. Según la razón que existe entre la capacidad de la cámara de agua y la superficie de calefacción, se distinguen calderas de gran volumen, mediano y pequeño volumen de agua.

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Las calderas de gran volumen de agua mantienen estable la presión del vapor y el nivel del agua, pero son muy lentas a la hora de encenderlas y, por su reducida superficie, producen poco vapor, son las más sencillas y de construcción antigua, se componen de uno a dos cilindros unidos entre sí y tienen una capacidad superior a 150 ℓ de agua por cada m2 de superficie de calefacción.

Las calderas de mediano volumen de agua están provistas de varios tubos de humo y también de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la superficie de calefacción, sin aumentar el volumen total del agua.

Las calderas de pequeño volumen de agua son rápidas para generar vapor pero requieren de un especial cuidado en su alimentación y regulación del fuego. Están formadas por numerosos tubos de agua de pequeño diámetro, con los cuales se aumenta considerablemente la superficie de calefacción.

Como características importantes podemos considerar que las calderas de gran volumen de agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión del vapor y el nivel del agua, pero tienen el defecto de ser muy lentas en el encendido, y debido a su reducida superficie producen poco vapor. Son muy peligrosas en caso de explosión y poco económicas.

Por otro lado, la caldera de pequeño volumen de agua, por su gran superficie de calefacción, es muy rápida en la producción de vapor, tiene muy buen rendimiento y produce grandes cantidades de vapor. Debido a esto requieren especial cuidado en la alimentación del agua y regulación del fuego, pues de faltarles alimentación, pueden secarse y quemarse en breves minutos. 2. Cámara de vapor. Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en ella debe

separarse el vapor del agua en suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente también la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor.

Adicionalmente un sistema de generación de vapor tiene:

• Válvulas de seguridad. • Válvulas reguladoras de flujo. • Bomba de alimentación. • Tanque de condensados. • Trampas de vapor. • Redes de distribución. • Equipos consumidores. • Sistemas de recuperación de calor.

CLASIFICACION DE CALDERAS

1. Por la disposición de los fluidos, existen 2 grandes tipos de diseño en calderas industriales:

Tubos de humo (pirotubulares): en este tipo de calderas el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente, y rodea a los tubos, por donde circula fuego y gases producto de un proceso de combustión. Generalmente tiene un hogar integral, llamado caja de fuego, limitado por superficies enfriadas por agua.

Las calderas en su configuración interna presentan tuberías para el transporte de los fluidos, las cuales pueden ser de 1, 2, 3, ó 4 pasos.

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El 95% de las calderas de vapor que operan en forma industrial, son del tipo tubos de humo. La caldera de tubos de humo, que viene siendo el caballo de batalla, en la generación de vapor a nivel industrial, tiene sus limitantes en cuanto a capacidades (máximo 1500 CC) y a sus presiones de operación (máximo 20 Kg/cm²). La caldera pirotubular fija con tubos de retorno horizontales (HRT) es una combinación de parrilla, altar refractario, puertas de carga, cenicero y cámara de combustión. Las superficies interiores de las paredes del hogar están revestidas de refractario. Los gases calientes pasan por encima del altar y lamen todo el fondo de la caldera, volviendo a la parte frontal de esta por el interior de los tubos. Finalmente los productos de la combustión pasan a la chimenea. Estas calderas con tubos de retorno se utilizan en pequeñas centrales industriales debido a sus pequeñas capacidades de producción de vapor, presiones limitadas y baja velocidad de producción de vapor. La caldera de vapor pirotubular está concebida especialmente para aprovechamiento de gases de recuperación y presenta las siguientes características: El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor. La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de humos. El acceso al cuerpo por el lado de los gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cámara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de conexión. En cuanto al acceso, al lado del agua se efectúa a través del registro hombre, situado en la bisectriz superior del cuerpo y con tubuladuras de gran diámetro en la bisectriz inferior y placa posterior para facilitar la limpieza de posible acumulación de lodos. El conjunto completo, con sus accesorios, se asienta sobre un soporte deslizante y bancada de sólida y firme construcción suministrándose como unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar las conexiones de instalación. La caldera, una vez realizadas las pruebas y comprobaciones reglamentarias y legales por una Entidad Colaboradora de la Administración, se entrega adjuntando un "Expediente de Control de Calidad" que contiene todos los certificados y resultados obtenidos. Cuando se requiere de un tamaño mayor, es conveniente, si es posible, dividir la capacidad de caldera requerida, en 2 ó más calderas de tubos de humo, o definitivamente, elegir una caldera de tubos de agua; si se requiere de una presión mayor.

Ventajas:

• Menor costo inicial debido a la simplicidad de su diseño. • Mayor flexibilidad de operación. • Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación. • Son pequeñas y eficientes.

Inconvenientes:

• Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento. • No son utilizables para altas presiones.

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Tubos de agua (acuotubulares): son aquellas en las que el agua a ser calentada se desplaza dentro de los tubos, que se encuentran rodeados por la flama y los gases de combustión. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida, y gran capacidad de generación.

Ventajas:

• Pueden ser puestas en marcha rápidamente. • Trabajan a 300 o mas psi.

Inconvenientes:

• Mayor tamaño y peso, mayor costo. • Debe ser alimentada con agua de gran pureza.

2. Por su configuración.

• Vertical. • Horizontal.

3. Por el mecanismo de transmisión de calor dominante.

• Convección. • Radiación. • Radiación y Convección.

4. Por el combustible empleado.

• Combustibles sólidos. • Combustibles líquidos. • Combustibles gaseosos. • Combustibles especiales (licor negro, bagazo, etc.). • De recuperación de calor de gases. • Mixtas. • Nucleares.

5. Por el tiro.

• De tiro natural. Es una corriente de aire ascendente ocasionada por la diferencia de densidades del aire caliente contra el frío de la atmósfera. En las calderas antiguas se requería que la chimenea tuviera una gran altura, par crear un tiro natural.

• De tiro inducido. Extrae los gases de la cámara de combustión y los expulsa hacia la chimenea, pero el inconveniente que tiene es que el ventilador que extrae el aire de la cámara se encuentra trabajando en una zona conflictiva por la elevada temperatura, donde hay gases corrosivos y sólidos como ceniza, que pueden llegar a estropear las paletas de los ventiladores, lo que requiere un mantenimiento frecuente, por ello; su utilización no es muy usual. Este sistema ya no requiere una chimenea alta.

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• De tiro forzado. Este sistema hace entrar aire a la caldera por medio de ventiladores. Este es el quemador más usual, debido a que además de controlar la mezcla aire-combustible, las partes metálicas del ventilador trabajan frías.

6. Por el modo de gobernar la operación.

• De operación manual. • Semiautomáticas. • Automáticas.

FUNCIONAMIENTO DE UNA CALDERA

Fuego. El proceso de combustión es de gran importancia en la operación de las calderas, debe ser lo mas optimo posible en cuanto a su consumo y además amigable con el medio ambiente.  Para que se de el proceso de combustión es necesario que exista un combustible, un comburente (aire) y un agente externo que produzca la ignición (chispa), cuando esto ocurre se da una reacción química del combustible con el oxigeno, para producir gases de combustión y liberar energía en forma de trabajo y calor, la cual es aprovechada en las calderas para evaporar el agua. Los combustibles más comunes son:

Sólidos Líquidos Gaseosos Carbón (mineral y vegetal), leña, parja,

aserrín, brea, y bagazo de caña. Combustóleo (chapopote),

gasóleo, y diesel. Gas natural y gas LP.

Para la operación de calderas resulta mucho más económica la utilización de combustóleo, después el gas natural, y finalmente el diesel. Cabe señalar que los combustibles gaseosos resultan más limpios y eficientes que los líquidos, pero los requerimientos en medidas de seguridad para su manejo son mayores. Agua. El agua obtenida de ríos, pozos y lagos es denominada agua bruta y no debe utilizarse directamente en una caldera. El agua para calderas debe ser tratada químicamente mediante procesos de descarbonatación o ablandamiento, o desmineralización total, adicionalmente, según la presión manejada por la caldera, es necesario controlar los sólidos suspendidos, sólidos disueltos, dureza, alcalinidad, sílice, material orgánico, gases disueltos (CO2 y O2), de no llevarse a cabo este tipo de tratamiento, la caldera sufrirá problemas de incrustaciones, sedimentación, desgaste por material particulado, etc. Superficie de intercambio de calor. La tubería por la que circulan los gases en las calderas pirotubulares o el agua en las acuotubulares, es fundamental para una eficiente transferencia de calor. De la buena combustión y tratamiento de agua, así como de las características físicas del material de intercambio de calor depende que el flujo de energía de los gases de combustión hacia el agua sea lo más eficiente posible.

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CONTROLES PARA EL MANEJO Y SEGURIDAD

a) Controles para manejo y seguridad de agua (Calderas pirotubulares) Control de nivel por flotador. Sistema que habilita el contactor de la bomba por medio de un interruptor para controlar el agua en la caldera. Control de nivel (Auxiliar) Warrick. Se acciona cuando el control de flotador falla debido a que posee un electrodo que al dejar de censar agua, protege la caldera por bajo nivel de agua inhabilitando el quemador.

Es importante saber, en caso de detectar el nivel de agua por debajo de la mitad del volumen total, no suministrar agua fría a la caldera porque implotaría por choque térmico brusco. Las implosiones en calderas ocurren generalmente cuando el flujo de agua de entrada para producir vapor no ingresa al equipo, ocasionando un sobrecalentamiento excesivo y el colapso del material.

b) Controles para manejo y seguridad combustible. Componen un sistema de manejo de combustible:

Dispositivo Función Filtro Protección de cuerpos extraños.

Bomba Mecanismo de transporte. Precalentador

eléctrico y a gas Elevar la temperatura del combustible.

Válvula deareadora Sacar el aire en el precalentador eléctrico.

Válvula termostática Si baja la temperatura del combustible se abre (localizada a la entrada del calentador de vapor).

Válvula reductora Reduce la presión de vapor de la línea al precalentador según lo requerido por éste.

Trampa de vapor Desalojar los condensados a la salida del precalentador. Manómetro y termómetro

Muestran presión de atomización y temperatura (se instalan después del filtro).

Válvula modulante Regula la presión y la cantidad de combustible al quemador principal. Válvulas solenoides Abren y cierran el flujo de combustible.

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c) Controles para manejo y seguridad en la atomización aire-vapor.

PRESSURETROL. Es el dispositivo que controla la existencia de atomización, cerrando o abriendo las válvulas solenoides del sistema de combustión.

d) Controles para manejo y seguridad aire combustión.

Control que garantiza la existencia de flujo de aire y habilita el control de combustión, para que siga la secuencia de encendido.

e) Controles para manejo y seguridad de calderas moduladas.

¿Qué es un sistema modulado?

Sistema que permite aumentar o disminuir la generación de vapor, variando la cantidad de combustible en el quemador. Un sistema modulado varía la energía producida por la combustión según la demanda de vapor que los elementos consumidores requieran. Esta modulación debe conservar las proporciones de aire y combustible para lograr una combustión eficiente con bajos niveles de contaminación por residuos.

La secuencia de modulación consiste en:

1. Censa presión de vapor. 2. Percibida por sensor (Pressuretrol). 3. Envía señal eléctrica a motor modulador (Modutrol). 4. El modulador (Modutrol) acciona el regulador de aire y la válvula reguladora de combustible

mecánicamente.

f) Controles para manejo y seguridad del regulador (damper) de tiro forzado. El damper es manejado mecánicamente por el motor modulador (Modutrol), garantiza que la caldera no encienda en una posición distinta a bajo fuego, de lo contrario provocaría explosiones en el encendido por exceso de aire y combustible (encendido brusco).

g) Controles para manejo y seguridad de llama. El control de combustión permite que se produzca y sostenga la llama. El sistema tiene una secuencia de encendido y operación automática para habilitar o deshabilitar el sistema de combustión, mediante el censo de variables como: existencia de llama, presión de atomización, demanda necesaria, etc.

h) Controles para manejo y seguridad de tanques de condesados Para controlar el nivel de fluido en los tanques de condensado se usan válvulas flotador, es aconsejable utilizar controladores de nivel Warrick, electrodos y válvulas solenoides, para incrementar la seguridad.

i) Controles para manejo y seguridad en el tanque diario de combustible.  Se usan como recipiente de calentamiento de fuel oil para ser manejado fácilmente por la bomba y apresurar la elevación de temperatura en el precalentador.

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Deben estar provistos de:

• Control de nivel. • Control de temperatura. • Bomba de trasiego. • Termómetro.

• Resistencia eléctrica. • Venteo. • Drenaje • Entrada y salida de combustible.

j) Control para seguridad de gas en chimenea. Es un termómetro ubicado a la salida de los gases, el cuál es enclavado directamente con el quemador pera desactivarlo cuando la temperatura supera el set point (límite) indicado. Esta temperatura elevada puede originarse por falta de agua, hollinamiento, e incrustaciones al lado del agua, etc.   

k) Control para manejo y seguridad de vapor de la caldera Limita la presión de trabajo, inhabilitando el control de combustión cuando censa la presión establecida.

l) Control para manejo y seguridad ignición a gas o ACPM. Lo más importante de este control es el regulador de gas pues debe ser su salida de menos de media libra, de lo contrario estaríamos mandando mucho caudal de gas y habría una posible explosión.

m) Válvulas de seguridad. Se accionan a determinada presión de trabajo, desalojando cierta cantidad de vapor. Deben ser accionadas solo por personal autorizado, y contener los sellos de seguridad luego de manipuladas. El objetivo de estas válvulas es evitar que en la caldera se produzcan sobrepresiones que puedan deteriorarla, independientemente de como hayan actuado el resto de los órganos de control y seguridad (termostatos). Este aspecto es de vital importancia ya que una sobrepresión en la caldera puede provocar accidentes por piezas metálicas que salgan despedidas, además del deterioro de los equipos. Se clasifican básicamente en:

• Válvula de alivio, la cual se abre proporcionalmente en respuesta al incremento de presión que se

presente corriente arriba de ella. Este tipo de válvula se utiliza para líquidos. • Válvula de seguridad propiamente dicha, caracterizada por abrir completamente en forma rápida.

Este tipo de válvula se emplean para vapor o aire.

Se debe tener mucho cuidado con la calibración de cualquiera de los dos tipos de válvula, ya que una presión de ajuste arriba de la necesaria permitirá, en un momento dado, que la caldera trabaje a presión mayor que la debida, con los consiguientes riesgos operacionales, en tanto que, una presión de ajuste inferior a la requerida ocasionaría que las válvulas se abrieran con demasiada frecuencia, ocasionando desperdicios de energía.

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n) Purgas. El agua y vapor presente en una caldera está provisto de sedimentos y material particulado que deben ser evacuados para evitar mal formaciones en la estructura y evitar la falsa toma de señales de presión y temperatura de los diferentes elementos de control y seguridad. Existen purgas de: Columna de agua. Se hace por lo menos cada turno. Si la cámara de McDonnell se queda con lodos, el flotador se queda pegado dando una falsa señal de que la caldera tiene agua.

Purga de fondo. Para desalojar los lodos de la caldera en la parte inferior. Si hay sedimentación se generan puntos calientes que agrietan y queman las láminas de la caldera.

Purga continua: Desaloja los lodos que circulan en el agua, las espumas y las grasas. Es continua al mantener la válvula con una proporción de apertura.

o) Termostatos. Una cada caldera dispondrá, como mínimo, de los siguientes termostatos: Termostatos de funcionamiento: su misión es detener la marcha de los quemadores cuando se alcancen las temperaturas de consigna, de modo que la producción se adecue a las necesidades instantáneas; son necesarios tantos termostatos como marchas tengan los quemadores para poder aprovechar correctamente los escalones de potencia, ya que de no actuar sobre las marchas de menor potencia, los quemadores tendrían un número más elevado de arrancadas y paradas, lo que provocaría una disminución del rendimiento medio estacional. Estos termostatos serán de rearme automático, de modo que los quemadores arranquen y paren en función de las consignas. La misión de los termostatos de funcionamiento puede ser asumida por los equipos de regulación externos al quemador. Si los quemadores son modulantes los termostatos son sustituidos por la regulación proporcional correspondiente. Termostato de seguridad: debe actuar cuando hayan fallado los de funcionamiento, en cuyo caso el quemador no se detiene cuando se alcanzan las temperaturas de consigna y continua aportando calor a la caldera, pudiéndose alcanzar temperaturas peligrosas, por este motivo debe ser de rearme manual, de modo que quede constancia del funcionamiento anómalo de la instalación, debiéndose tomar las medidas oportunas para corregir esta disfunción. Termostato de humos: controla que el conjunto caldera-quemador esté proporcionando los rendimientos mínimos requeridos, ya que si la temperatura de humos se eleva excesivamente, las pérdidas por la chimenea son muy altas, por lo cual debe ser de rearme manual, de manera que exista la obligación de corregir las causas que provocan este problema; además de la función de ahorro de energía asociado al corte por temperatura elevada de humos, también cumple una función de seguridad, ya que si no existiese este control podrían darse casos de temperaturas de humos peligrosas, que pudieran llegar a provocar incendios.

p) Termómetros. La misión de los mismos es proporcionar datos sobre el estado de funcionamiento de la instalación, cada caldera dispondrá como mínimo de los siguientes termómetros:

• Uno en la impulsión y otro en el retorno. • Uno en el conducto de humos.

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q) Manómetros.

Los manómetros nos permiten tomar las lecturas de la presión interna de la caldera. Todas las calderas deberán tener cuando menos un manómetro conectado a la cámara de vapor, colocado de tal manera que esté exento de vibraciones, pueda ser convenientemente ajustado y ofrezca una visión clara y despejada.

CALIDAD DEL AGUA PARA ALIMENTAR UNA CALDERA En la caldera de tubos de humo, el agua rodea a los tubos que contienen en su interior los gases de combustión. Una incrustación del lado agua, en los tubos bajará la transferencia de calor y por lo tanto la eficiencia de la caldera, aumentando la temperatura a la salida de los gases de combustión, al igual que en una caldera de tubos de agua. Sin embargo, este tipo de incrustación, es fácilmente removible y no tiene repercusiones fatales, como en una caldera de tubos de agua, que una vez incrustada, disminuirá el flujo de agua requerido dentro de los tubos hasta dañarlos (quemarlos) totalmente. La caldera de tubos de agua requiere de un tratamiento de agua sumamente preciso, que no puede fallar. Sus requerimientos para una operación confiable son mucho más altos y es indispensable un estricto y costoso control. La caldera de tubos de agua, requiere de agua deareada a presión, con una eliminación del 100% del oxígeno disuelto, lo cual es totalmente innecesario en una caldera de tubos de humo, que con un sencillo deareador atmosférico, o con un alto contenido de retorno de condensados, elimina la necesidad del mismo. La caldera de tubos de agua, requiere de un control exacto de sales, mediante purgas de superficie, de preferencia continuas, que bajan considerablemente la eficiencia total de la caldera. La caldera de tubos de humo, normalmente, no requiere este control exhaustivo, por lo que su operación es más sencilla, confiable y económica.

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FABRICACIÓN

En Norteamérica, las calderas se diseñan, calculan y se fabrican con estricto apego al código ASME, para poder ser estampadas con el sello ASME correspondiente. El código ASME es producto de la recopilación de toda la ingeniería disponible a través de los años de la Sociedad de Ingenieros Mecánicos de Norteamérica, que para proteger a los usuarios, exige requisitos mínimos de diseño, cálculo y fabricación para asegurar al final una segura y larga vida útil de la caldera, así como una operación confiable. Sus requerimientos en material son por mucho, más estrictos, con mayores espesores que los códigos europeos o asiáticos. Por lo anterior, es muy común, que en países ricos, que no fabrican calderas propias, se soliciten calderas estampadas con el sello ASME (países árabes, africanos, sudamericanos y muchos asiáticos).

Superficie de transferencia de calor. Los usuarios de calderas en Norteamérica (calderas estampadas con el sello ASME) desde principios del siglo pasado, acostumbran exigir al fabricante de calderas, el que tenga siempre como mínimo una superficie de transferencia de calor, en el cuerpo de presión de la caldera, de 5 piés² por cada caballo caldera vendido. De esta forma aseguran, un mínimo de área de transferencia de calor instalada, que les brinde una larga vida útil, seguridad y confiabilidad en su operación a través de los años, en base a una menor fatiga en el material y con una mayor liberación de flama. A su vez, este requerimiento mínimo de área de transferencia de calor, ayuda en forma automática a una mejor comparación y evaluación de calderas. Obviamente, una caldera con una menor área de transferencia de calor, tendrá un costo menor, una fatiga de material mayor; podrá ser eficiente, pero no tendrá la misma larga vida útil y la confiabilidad y seguridad. (Los fabricantes europeos, asiáticos y algunos norteamericanos, con una mano de obra sumamente alta y costosa, no pueden competir en este mercado, si instalan los 5 piés²/hp).

ASPECTOS A EVALUAR EN UNA CALDERA El medio más comúnmente usado para la evaluación correcta de una caldera, a niveles de bufetes de ingeniería de renombre en el medio internacional, se lleva a cabo a través de los coeficientes de fatiga por calor y liberación de flama en el hogar de la flama. A principios de los años 40’s se descubre en Alemania que el porcentaje mayor de absorción de calor en una caldera, se encuentra por medio de la radiación de la flama, en el hogar de la flama. Es exactamente en las paredes del hogar donde se lleva a cabo aproximadamente el 70% de la transferencia de calor de una caldera (el restante 30% de transferencia de calor se lleva a cabo en la sección convectiva). La parte medular, en el diseño del cuerpo de presión, es por lo tanto, y sin duda alguna, el hogar de la flama de la caldera. La inmensa cantidad de calor que transferimos en las paredes del hogar, nos obligan a presentar a la flama un área mayor, por lo tanto, un diámetro mayor, que nos permita “aliviar” el esfuerzo de transferencia de calor por cada m² de material o placa de acero resistente al calor, prolongando de esta forma la vida del material y por lo consiguiente la vida útil de la caldera. Como resultado obtendremos una mayor liberación de la flama; una combustión óptima, un reparto uniforme en la absorción de calor, mayor eficiencia y valores de combustión ecológicos. En lo que respecta a la evaluación y los criterios de diseño de una caldera, se deberán de tomar en cuenta los siguientes puntos relevantes:

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Fabricación con estricto apego al código ASME. En una caldera, solicitar una superficie de calefacción de 5 piés²/CC. Solicitar el área y el volumen del hogar de flama de la caldera. El 70% del calor absorbido por una

caldera, se lleva a cabo dentro del hogar. A un mayor diámetro, menor fatiga del material que forma el tubo cañón u hogar de la caldera, mayor volumen, mayor liberación de flama, mayor vida útil, mejor comportamiento en lo que respecta a la combustión, mejores cifras de emisiones contaminantes y por lo tanto mejor caldera.

Las empresas de ingeniería que se ocupan de la evaluación de una caldera, llevan a cabo su criterio mediante el coeficiente de fatiga y el coeficiente de liberación de flama del hogar de la flama de una caldera. Las unidades de combustión, también llamadas quemadores que se instalan en las calderas, son de fabricación industrial en serie, ampliamente probadas en un sinnúmero de diferentes fabricantes de calderas. Estas unidades de combustión son de tiro forzado, y regularmente de importación; por lo que cuando no son diseñadas por el fabricante de la caldera, son sumamente competitivas, de alta eficiencia y ecológicas. Para poder instalar un quemador con tecnología de punta, ecológico y de alta eficiencia, el fabricante del quemador especifica un hogar de diámetro amplio para obtener de esta forma, un coeficiente de liberación de flama óptimo.

Coeficiente de fatiga de calor y liberación de flama. Conociendo el área de transferencia de calor (lado fuego) del hogar (en m²) y conociendo el volumen del hogar de la flama (en m³), podemos calcular el coeficiente de fatiga por calor (Kcal/h.m²) y el coeficiente de liberación de la flama en el hogar (Kcal/h.m³). Entre menores sean éstos coeficientes, menor será la fatiga del material en el tiempo, mayor será el reparto de absorción de calor o transferencia de calor y por ende, mayor será la vida útil de la caldera, además de elevar su confiabilidad de operación, incrementar su eficiencia natural, y tener mayores posibilidades de obtener emisiones ecológicas a la atmósfera.

El método de cálculo del coeficiente de fatiga de calor y liberación de flama. Debemos calcular la cantidad de calor total que nos brinda el combustible en su flama = Heat input. Conocemos la cantidad de calor neta que obtendremos con nuestra caldera = Heat output, que no es otra, que la capacidad (en hp; esto es “Heat output” o Qo = hp x 8436 (Kcal/hr.). Dividiendo el “Heat output” o calor neto entre la eficiencia de la caldera al 100% de carga, obtenemos el “Heat input” o Qi en Kcal/hr. Qi = Qo: Eficiencia donde Qo = hp x 8436 (Kcal/hr). El coeficiente de fatiga de calor (Kcal/hm² es la división del Heat input entre el área de transferencia de calor (lado fuego) del hogar (en m²). El coeficiente de liberación de flama en el hogar (kcal/hm³) es la división del Heat input entre el volumen del hogar de la flama.

Vida útil de una caldera. Uno de los factores más relevantes en la evaluación para poder seleccionar una caldera, es sin duda y tal vez el más importante, la vida útil esperada de dicha caldera.

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La vida útil de una caldera de tubos de humo, diseñada y fabricada con estricto apego al código ASME, de ser posible estampada, con un área de transferencia de calor de 5 piés²/CC y con coeficientes aceptables de fatiga y liberación de flama, sin la necesidad de un estricto y costoso tratamiento de agua, llega a ser fácilmente de hasta 20 años. En lo que respecta a la caldera de tubos de agua de dos domos con circulación natural, que cuente con un amplio hogar, fabricada con estricto apego al código ASME, de ser posible estampada, con un área de transferencia de 5 piés²/CC y con aceptables coeficientes de fatiga y liberación de flama pero con la necesidad estricta, de un muy buen y costoso tratamiento de aguas, se puede afirmar que su vida útil llega a ser fácilmente de hasta 20 años. Obviamente calderas fabricadas con un área menor a los 5 piés²/CC, tienen una vida útil esperada mucho menor. Calderas de tubos de agua del tipo serpentín, que no cuentan con área de 5 piés²/CC, con un hogar restringido o calderas de tubos de agua sin hogar de flama, donde la flama choca directamente contra los tubos para agua, aumentando la fatiga del material en forma exponencial, tienen una vida sumamente limitada, que normalmente empieza a dar problemas a partir del tercer año y requieren de costosas reparaciones como cambios de serpentín o cambios de tubos expuestos directamente a la flama.

Facilidad de operación, mantenimiento y servicio. Sin duda alguna, una evaluación correcta de una caldera, debe considerar la facilidad de operación, mantenimiento y servicio de la caldera. En primer lugar en cuanto a su diseño, sus accesos de servicio y cambio de tubos. Los tubos de las calderas, están propensos a desgaste, corrosión y por lo tanto a cambios a lo largo de la vida útil de una caldera. El espesor de las paredes de los mismos es relevante. Sin embargo, la facilidad del cambio de uno o más tubos nos brinda un costo futuro a ser evaluado cuidadosamente. Indudablemente el cambio de tubos de una caldera de tubos de agua, es mucho más complicado y costoso que el cambio de tubos de una caldera de tubos de humo. La geometría de los mismos juega un papel importante. No es lo mismo cambiar un tubo recto, que un tubo con curvas o dobleces (la caldera de tubos de humo utiliza únicamente tubos rectos). Adicionalmente, se deberá tomar en cuenta el diseño de la caldera, sobre todo de los llamados generadores de vapor, tipo serpentín, con flujo forzado, de tubos de agua, donde el cambio obligado del mismo, equivale al 70 u 80% del costo total de la caldera. De la misma forma, es conveniente evaluar los costos de mantenimiento requeridos por cada caldera, así como los costos de sus servicios. La capacidad y calidad de la capacitación y atención por parte de los departamentos de servicio locales, para carburaciones, cambio de piezas por personal capacitado, limpiezas, ajustes a la unidad de combustión, control de calidad del agua, stock de refacciones y piezas y partes de consumo, etc.

Seguridad. En cuanto a explosiones podemos mencionar que una caldera de tubos de humo equipada con las compuertas de alivio de gases de combustión a la salida del segundo paso, previene cualquier tipo de explosión y por lo tanto cualquier tipo de accidente potencial.

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Datos generales.

Descripción del equipo.

Características técnicas.

Dimensiones generales.

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DATOS GENERALES

Unidad generadora de vapor o agua caliente de 40 CC modelo Monitor, con una capacidad de 421 800 kcal/h, tipo tubos de humo, horizontal, de cuatro pasos de los gases de combustión, operación automática, que emplea como combustible Diesel (Fuel Oil No. 2). La caldera esta montada sobre una base de acero estructural e incluye como parte integral un quemador ecológico de alta eficiencia y alta modulación (8:1 combustibles líquidos, 10:1 gas) con operación silenciosa y controles para operación automática, cumple con los niveles máximos permisibles de emisiones contaminantes que marca la norma NOM-ECOL-085. Alimentación eléctrica de 220 o 440 V 60 Hz 3 Fases para los motores, y 115 V 60 Hz 1 Fase para el circuito de control. Eficiencia térmica combustible–vapor de 85 % al 100 % de carga. Caldera tipo Dry Back con ventilador de tiro forzado. Estampada con código ASME y UL, incluye registro de estampado de estos sellos.

Accesorios instalados en la caldera.

Manómetro principal de presión de vapor. Válvulas de seguridad. Columna de nivel de agua con cristal de nivel y juego de llaves de bronce. Mirilla para observación de flama y piloto. Llaves de prueba. Detector de flama. Termómetro de la chimenea. Programador CB-20. Alarma por bajo nivel. Hogar debajo de la línea de centros. Interruptores de seguridad. Revestimiento aislante exterior.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Chimenea. La chimenea esta construida con lámina negra e incluye faldón bota aguas y sombrero de protección e incluye una mano de pintura anticorrosiva por fuera. Cuenta con colector de hollín y puertos de muestreo.

Equipo de bombeo agua de alimentación a la caldera. El equipo de bombeo está acoplado a motor eléctrico, incluye arrancador magnético, filtro para la succión y manómetro de 64 mm, de 0 a 21 kg/cm2.

Lote de válvulas. Una válvula principal de vapor. Válvulas de alimentación de agua.

1 Válvula de globo. 2 Válvulas de retención.

Válvulas de purga. 1 Válvula de cierre rápido. 2 Válvulas de cierre lento.

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Tablero de control integrado a la caldera. Programador integrado, interruptor para motor del ventilador, alarma sonora por falla de flama, alarma sonora por bajo nivel de agua, control límite de presión de vapor y luces indicadoras de funcionamiento. El transformador de ignición se encuentra instalado en la tapa frontal de la caldera. Tanque de retorno de condensados. Incluye base estructural de sustentación, cristal de nivel para observación, control de nivel para flotador (McDonell), tubo de distribución para retorno de alta presión colocado en el interior del tanque, termómetro con carátula de 0 a 150 ºC, válvulas de salida y de purga, coples de ventilación y admisión de condensados de baja presión. Equipo de suavización de agua. Consiste en una columna de suavización y un tanque para salmuera con saturador. Una válvula manual de tres pasos para controlar los servicios de retrolavado y regeneración con una sola palanca. Se incluye una válvula para salmuera, una para muestreo del agua, manómetro de control y tubería completa desde la admisión hasta la salida del equipo. Trámites de licencia. La caldera cuenta con el permiso y pago de derechos correspondiente a su instalación, plano confeccionado según el reglamento de calderas y recipientes sujetos a presión, aprobado por las autoridades correspondientes.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Cuatro pasos de los gases de combustión. Este es el mayor número de pasos que se ha logrado, desde las antiguas calderas de un solo paso de recorrido de los gases de combustión hasta las modernas, y como consecuencia se obtiene un mucho mayor recorrido de los gases, lo que permite una mayor transferencia de calor, permitiendo rendimientos siempre mayores al 80 %.

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Velocidad constante de los gases de la combustión. Para conservar el alto coeficiente de conductividad térmica, se va reduciendo el número de tubos en cada uno de los pasos, manteniendo constante la velocidad de los gases a medida que van enfriándose y disminuyendo su volumen. Estampados ASME y UL. El estampado indica que los equipos son supervisados por los inspectores respectivos y se les asigna un número de serie, el cuál queda registrado en las sedes internacionales de esos organismos. Quemador de alta modulación. Este dispositivo permite que la caldera se adapte a la carga sin estar prendiendo y apagando hasta un 10 % de la capacidad nominal.

Hogar debajo de la línea de centros. Con la baja colocación del hogar respecto a la línea de centros de la caldera, la distancia entre la superficie de agua y la parte más alta del hogar es mayor, con lo que aumenta el margen de seguridad. Los gases más fríos (cuarto paso) se encuentran más cercanos a la superficie del agua, evitando el espumeo y con ello el arrastre de agua del vapor, obteniendo este último con una mayor calidad (vapor más seco). Equipo completo. Compresor de aire integral. Luces indicadoras de funcionamiento. Termómetro en la chimenea. Mirilla trasera enfriada por aire. Columna de nivel McDonell y Miller.

Atomización con aire. Cuando la atomización es con vapor se llega a gastar hasta un 2 % de la evaporación total de la caldera; además de que favorece la formación de ácido sulfúrico al combinarse el vapor de agua con el bióxido de azufre de los gases de la combustión, ocasionando corrosión en partes de la caldera y en la chimenea.

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Control automático de flama modulada. Sistema que regula la intensidad de la flama, accionado por un motor modulante, manteniendo constante la presión de vapor al variar la flama gradualmente. Este sistema también varía en forma automática la cantidad de aire necesaria para la combustión, sin alterar la mezcla correcta aire-combustible. Quemador retráctil. La boquilla del quemador solo requiere de un mínimo de tiempo para ser retirada y reemplazada sin que la presión de vapor baje.

Capacidad para absorber sobrecargas.

La gran superficie de liberación de calor, combinada con un amplio volumen en la cámara de vapor, permite responder satisfactoriamente a demandas bruscas, sin alterar su presión y calidad.

Purgas de las líneas de combustibles y quemador.

Al apagar el quemador; automáticamente, el compresor de aire, desaloja todo el combustible que aún permanece en la línea de alimentación, manteniendo la flama encendida hasta que ha terminado de purgarse. Con esto se evitan las obstrucciones en las tuberías y quemador por paros intermitentes; además de la eliminación de todo el combustible de las líneas, quedando siempre limpias para el siguiente ciclo de encendido.

Puertas totalmente abisagradas.

Solo se requiere retirar unos cuantos pernos para abrir las dos puertas de la caldera, quedando totalmente accesible para su mantenimiento. No se requiere desconectar tolvas de aire, motores, ventiladores, mecanismos de carburación, etc.; basta cerrar otra vez y volver a arrancar la caldera.

Sus puertas frontal y trasera abisagradas y con pescante, proporcionan un rápido acceso para inspección, limpieza o mantenimiento. Esto reduce el tiempo de mantenimiento de horas a minutos, lo que le permite reducir sus costos de mantenimiento y brinda mayor seguridad para el personal.

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Operación silenciosa con ventilador de tiro forzado. La localización sin ductos en la parte superior de la unidad del ventilador, permite operar de forma eficiente con aire limpio libre de polvo. Su montaje rígido en la puerta frontal permite la formación de un colchón de aire que aísla a la caldera del quemador y los controles, manteniéndolos fríos. Aunado a lo anterior, y en virtud de que se encuentra acoplado a la flecha del motor, elimina los problemas de vibración, ruido (en un rango de 72 a 88 decibeles), y mantenimiento de los sistemas de transmisión.

Existencia constante de refacciones.

Es un factor que únicamente el ingeniero responsable del equipo, de acuerdo con la producción puede estimar; y por supuesto es una de las consideraciones más importantes que se valoran en el momento en que se adquiere el equipo, dado que representa una operación sin interrupciones costosas e innecesarias.

DIMENSIONES GENERALES.

Dimensiones de las bases.

Nota: Las dimensiones están especificadas en mm.

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¿Cómo elegir una caldera?

Procedimiento para obtener la autorización de funcionamiento.

Programa de capacitación para la certificación como técnico en operación y mantenimiento de calderas de vapor de tubos de humo.

El sistema de encendido.

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¿CÓMO ELEGIR UNA CALDERA?

Evidentemente, la mejor elección se podrá realizar sólo con la asesoría de un experto. Sin embargo, se pueden recomendar básicamente seis criterios, para ser considerados al momento de seleccionar una caldera, con el único propósito de cumplir con los requerimientos de la aplicación. Estos criterios son:

1. Requerimientos de códigos y normas. 2. Vapor o agua caliente. 3. Carga de la caldera. 4. Número de calderas. 5. Consideraciones de funcionamiento. 6. Consideraciones especiales.

Códigos y Normas

Existe un número de códigos, normas, leyes y regulaciones que abordan a las calderas y el equipo asociado que deben ser considerados cuando se diseña un sistema. Los requerimientos regulatorios son dictados por varias instituciones y todas ellas se enfocan principalmente a la seguridad.

La industria de la caldera está estrictamente regulada por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME: American Society of Mechanical Engineers) y por sus códigos, los cuales gobiernan el diseño, la inspección y el seguro de calidad de las calderas y los recipientes a presión de estás mismas (deareadores, economizadores y otros recipientes a presión deben presentar el estampado ASME).

La compañía aseguradora de la instalación o la caldera puede exigir requerimientos adicionales. Los fabricantes de calderas proveen a sus clientes opciones para satisfacer las exigencias de las compañías aseguradoras. Estas opciones son accesorios o equipo que usualmente pertenecen a controles de seguridad. Algunas industrias como las de alimentos, bebidas o farmacéuticas pueden tener también algunas regulaciones adicionales que tienen un impacto en la caldera.

La mayoría de las industrias han establecido un máximo de temperatura a la cual el agua puede ser desechada al alcantarillado. En este caso, se necesitaría un enfriador del agua de purgas. La mayoría de las autoridades, estatales y municipales requieren de un permiso para instalar y/u operar una caldera. Se pueden aplicar restricciones adicionales en zonas donde la calidad del aire no cumple con los estándares de calidad de la nación y por lo tanto, las emisiones contaminantes son más exigentes.

Se puede necesitar de un operador de tiempo completo para la caldera, cuyos requerimientos dependen del tamaño de la caldera, presión, superficie de calentamiento o volumen de agua.

La mayoría de los estados o provincias requieren de una inspección anual, y pueden existir otros requerimientos por cumplir debido a la tubería.

Vapor o Agua Caliente

Ahora se debe analizar la aplicación que se le va a dar a la caldera con el fin de saber cómo será utilizada. Recuerde que el objetivo principal de una caldera es suministrar energía para alguna operación en cierta instalación, calefacción, procesos de manufactura, lavandería, cocinas, etc. La naturaleza de la operación dictará si se empleará una caldera de vapor o de agua caliente. El agua caliente comúnmente se emplea con la caldera suministrando agua al sistema a una temperatura entre los 82 y 104 °C (180-220 °F). La presión de operación para sistemas que emplean agua caliente es de 2.1 a 8.8 kg/cm² (30 - 125 psi). Bajo estas condiciones, existe una amplia variedad de productos para

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caldera de agua caliente. Cuando los requerimientos del sistema para agua caliente son mayores a los 115 °C, deberá ser considerada una caldera de agua caliente de alta temperatura.

Las calderas de vapor están diseñadas para aplicaciones de baja y alta presión. Las calderas de baja presión están limitadas a 1 kg/cm² (15 psig) y se utilizan comúnmente para aplicaciones de calentamiento. Las calderas de alta presión se utilizan generalmente para cargas de procesos y pueden operar a presiones entre 5.3 y 50 kg/cm² (75 - 700 psig). La mayoría de los sistemas de las calderas de vapor requieren vapor saturado.

Las calderas de vapor y agua caliente se definen de acuerdo a la presión de diseño y de operación. La presión de diseño es la máxima presión utilizada en el diseño de la caldera con el propósito de calcular el mínimo grosor permisible o las características físicas de las partes del recipiente a presión de la caldera. Generalmente, las válvulas de seguridad se colocan en o debajo de la presión de diseño. La presión de operación es la presión de la caldera a la cual opera normalmente, y comúnmente se mantiene a un nivel adecuado por debajo de las condiciones de presión a las cuales se colocaron las válvulas de alivio para prevenir su frecuente apertura durante la operación normal.

Algunas aplicaciones de vapor pueden necesitar vapor sobrecalentado. Debe notarse que el vapor sobrecalentado posee una entalpía alta, de tal manera que tiene más energía por unidad de masa y una mayor calidad de vapor. Un ejemplo de una aplicación en la que podría necesitarse vapor sobrecalentado es con una turbina de vapor; en donde los álabes de la turbina requieren un vapor muy seco, debido a que la humedad puede destruirlos. Cuando se requiere de un vapor sobrecalentado o una muy alta presión, debe seleccionarse una caldera industrial de tubos de agua.

Consideraciones de funcionamiento La carga del sistema es medida ya sea en unidades de energía (kJ, kcal, Btu, etc.) o en unidades de flujo másico de vapor (kg/h, ton/h, lb/h, etc.) a una presión y temperatura específicas. En esta sección de la carga del sistema, incluiremos referencias tanto al vapor como al agua caliente; sin embargo, no todas las situaciones o criterios se aplican a ambos por igual. Sería casi imposible dimensionar y seleccionar una caldera sin conocer los requerimientos de la carga del sistema, los cuales proporcionan la siguiente información:

• La capacidad de la caldera, tomada del máximo de requerimiento de carga del sistema. • Las condiciones de apagado de la caldera, tomadas del mínimo de requerimiento de carga del

sistema. • Las condiciones de máxima eficiencia, tomadas de la carga promedio del sistema.

La determinación de los requerimientos totales de carga del sistema implica un entendimiento del tipo de carga en el sistema. Existen 3 tipos de cargas:

a) Carga de calefacción. Una carga de calentamiento es generalmente vapor de baja presión o agua caliente, y es utilizada para mantener un edificio a cierta temperatura de confort. Las cargas de enfriamiento emplean vapor para alimentar un sistema de refrigeración por absorción, también se incluye cuando se calcula la carga de calefacción. La carga de calefacción debe ser dimensionada para las peores condiciones climáticas posibles, lo cual significa que la capacidad máxima raramente se llega a utilizar.

b) Carga de Proceso. Una carga de proceso es usualmente alta presión de vapor y pertenece a las operaciones de manufactura o fabricación, donde el calor del vapor o del agua caliente se utiliza en un proceso de producción.

c) Carga Combinada. Muchas instalaciones tienen una mezcla de diferentes tipos de cargas de proceso y combinaciones de carga de calefacción y de procesos.

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Variaciones de Carga

Las cargas en un proceso varían y una planta de energía debe ser capaz de mantener el mínimo, máximo y cualquier tipo de variaciones de carga. La selección de la caldera generalmente se hace pensando en la variación de la demanda de carga, en vez del total de la cantidad de vapor o agua caliente requerida. Existen tres tipos básicos de variaciones de carga:

a) Variación temporal

Para un sistema de calefacción, las variaciones por temporada pueden significar que no exista demanda en el verano, una ligera demanda en otoño y primavera, y una fuerte demanda en invierno. Las operaciones manufactureras o de fabricación ocasionalmente tienen variaciones, porque la demanda de producción puede variar. Cuando se seleccione el equipo de la caldera, la mínima y máxima carga para cada temporada deben ser determinadas.

b) Variación Diaria

La variación diaria puede ocurrir debido a fluctuaciones en las horas de trabajo, o en el calor requerido a diferentes horas del día o fines de semana. Las variaciones de temporada mínima y máxima mencionadas anteriormente pueden reflejar estos cambios si ocurren diariamente. Si no, las cargas máximas y mínimas en el día deberán ser incluidas.

Las variaciones de temporada y diarias definen el tamaño de la carga que la caldera debe soportar; además de que determinan el número de calderas y los requerimientos de modulación (turndown).

c) Demanda Instantánea

La demanda instantánea es un cambio repentino de carga que usualmente tiene poca duración (este tipo de cargas algunas veces se ocultan). Muchas máquinas o procesos se especifican en unidades de flujo másico de vapor o unidades de energía suministrada o necesaria bajo condiciones de operación balanceadas, y no se le da importancia a "arranques en frío", "picos" o "cargas de levante". La demanda de carga instantánea es importante cuando se selecciona una caldera, ya que asegura que estas variaciones de carga han sido consideradas en el proceso de selección. Si la demanda instantánea no se incluye en los cálculos de la carga del sistema, la caldera y sus equipos periféricos pueden estar subdimensionados. Seguimiento de la carga. El seguimiento de la carga es la capacidad de la caldera para responder a cambios en la demanda de vapor o agua caliente. Mayormente asociado con las cargas del proceso, el seguimiento de carga se enfoca en la capacidad de la caldera para suministrar un volumen constante de vapor a la presión requerida.

La capacidad de la caldera para seguir una carga variable depende del tipo de caldera, la capacidad de modulación del quemador, el control de la válvula de suministro y el diseño del control de combustible. Si el análisis de la carga muestra condiciones de carga altamente variables, puede ser necesario un control más complejo. Este tipo de control se logra con sistemas de operación sofisticados. Si la aplicación tiene demandas de carga instantáneas, donde un gran volumen de vapor se requiere por un período corto de tiempo, una caldera con una gran reserva de almacenamiento de energía como lo es una caldera tubos de humo, debe ser considerada. Si la aplicación indica grandes variaciones de demanda de carga, donde las fluctuaciones de carga son frecuentes por largos períodos de tiempo, la mejor opción es probablemente una caldera tubos de agua, porque contiene menos cantidad de agua y puede responder a esas variaciones con mayor rapidez.

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La operación del quemador debe ser tomada en cuenta cuando se selecciona una caldera para cumplir con las demandas del sistema. El quemador requerirá de controles de operación apropiados que puedan detectar con precisión las variaciones en las demandas y debe ser capaz de los requerimientos de modulación. La válvula de suministro de agua y el diseño del control también son críticos si espera que existan fluctuaciones de carga.

Consideraciones especiales Tipo de Carga Los sistemas de calefacción y cargas no críticas que no resulten en una pérdida repentina de producción generalmente cuentan con poco o nulo respaldo; aunque esto no es recomendable, aún se utiliza en la práctica. Este tipo de aplicaciones confían en la capacidad para hacer reparaciones rápidamente y reducir así el tiempo de paro. El riesgo de no contar con respaldo es la pérdida total de calor cuando la caldera no está en servicio. Cuando las cargas de proceso o calefacción usan múltiples calderas durante las horas pico y una caldera durante la mayor parte del tiempo, la disponibilidad de una caldera adicional debe considerarse para proveer un completo respaldo durante la demanda máxima.

En aplicaciones con requerimientos de vapor o agua caliente críticos, las leyes o normas pueden dictar un respaldo. Incluso si las leyes o las normas no dictan un respaldo, existen muchos casos donde la operación no puede tolerar el paro. Por ejemplo, un hotel usa agua caliente 24 horas al día, siete días a la semana. Durante períodos de mantenimiento o en una emergencia, se requiere de una caldera de respaldo.

Tiempo de Paro Otra forma de determinar si una caldera de respaldo es una decisión acertada, es calcular el costo del tiempo de paro, como se muestra en los siguientes 3 ejemplos:

• Una compañía química fabrica compuesto de baterías con celdas secas en un proceso no continuo. La temperatura del proceso debe mantenerse dentro de 2 grados. La caldera para por una falla de flama. Se tienen 20 minutos para recuperar el vapor o el proceso se arruina. El valor del producto es de $ 250 000.

• Un edificio de una compañía de seguros cuenta con calefacción suministrada por una caldera. Hay 2 000 trabajadores en el edificio, y la caldera se detiene debido a una falla en la válvula de gas. Afuera, la temperatura es de -12°C y dentro la temperatura continúa cayendo, por lo que, a la 1:30 de la tarde, los 2 000 trabajadores son enviados a su casa.

• Una compañía procesadora de carne tiene toda su línea de jamón en una planta del sureste, opera 24 horas al día, todos los días. Una sola caldera proporciona calor para el curado, esterilizado y limpieza. La caldera para por falta de agua de suministro y cada hora de pérdida del vapor resulta en 4 horas de pérdida de producción.

Modulación de la Caldera La modulación de la caldera es la relación entre la energía máxima que suministra la caldera y la energía que entrega cuando opera en bajo fuego. La modulación típica de una caldera es de 4:1. Por ejemplo, una caldera de 400 CC con una modulación de 4:1 modulará hasta 100 CC antes de que de que pare. La misma caldera con una modulación del quemador en una relación de 10:1 modulará hasta 40 CC.

La capacidad del quemador para modular reduce el ciclo de encendido-apagado. Los quemadores completamente modulantes están diseñados para operar hasta un 25% de su capacidad nominal. A una carga que representa el 20% de la capacidad, la caldera se apagará y encenderá frecuentemente.

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Una caldera operando en condiciones de baja carga puede encenderse y apagarse tanto como 12 veces por hora o 288 veces al día. Con cada ciclo, el aire de pre y post barrido remueve los gases de la caldera y los envía hacia el exterior por la chimenea. La pérdida de energía puede ser eliminada mediante el funcionamiento de la caldera a bajas velocidades de combustión. Cada vez que la caldera realiza el ciclo, debe realizar toda una secuencia de arranque para garantizar la seguridad en el equipo. Se requieren de uno a dos minutos para poner a la caldera nuevamente en condiciones de operación. Y, si existe una repentina demanda de carga, la secuencia de arranque no puede acelerarse. Para asegurar una respuesta rápida a los cambios de carga es necesario mantener a la caldera en operación. Los frecuentes arranques y paros en una caldera desgastan sus componentes, además de que el mantenimiento se incrementa y, aún más importante, las posibilidades de falla aumentan.

Como se dijo anteriormente, la capacidad de la caldera se determina por los diferentes tipos de variaciones en la carga del sistema. El sobredimensionamiento de una caldera ocurre cuando la expansión futura y los factores de seguridad se suman para asegurar que la caldera es lo suficientemente grande para una aplicación específica. Si la caldera está sobrada, su capacidad para manejar cargas mínimas sin efectuar el ciclo de paro y arranque se reduce. De tal manera que, la capacidad y la modulación deberán ser consideradas conjuntamente para selección de caldera que cumpla con los requerimientos globales de carga en un sistema. Para instalar y posteriormente, poner en funcionamiento una caldera es de vital importancia, contar con la autorización adecuada, a cargo de la secretaría del trabajo y previsión social.

PROCEDIMIENTO PARA OBTENER LA AUTORIZACIÓN DE FUNCIONAMIENTO

1. El patrón puede optar por cualquiera de las opciones establecidas en los apartados 2 y 3, para obtener la autorización de funcionamiento de los equipos que la requieran.

2. Trámite sin participación de UV para obtener la autorización de funcionamiento del equipo. 2.1 Presentar en la Delegación el Formato N-020 por equipo, debidamente requisitado,

seleccionando en el bloque 1 la opción "solicitud de autorización de funcionamiento". 2.2 Al Formato N-020 se debe adjuntar el croquis de localización del equipo en el centro de

trabajo. 2.3 Seleccionar en el Formato N-020 una de las opciones indicadas en el bloque 6 para

demostrar la seguridad del equipo, y otra para la demostración de la confiabilidad de los dispositivos de seguridad, de acuerdo a lo siguiente: a) Para el equipo:

1) Prueba de presión, de conformidad con lo establecido en el apartado 9.1. 2) Exámenes no destructivos, de conformidad con lo establecido en el apartado 9.2. 3) Expediente de integridad mecánica, de conformidad con lo establecido en el apartado 9.3. 4) Método alternativo, de conformidad con lo establecido en el apartado 9.4.

b) Para los dispositivos de seguridad:

1) Prueba de funcionamiento, de conformidad con lo establecido en el apartado 9.5. 2) Demostración documental, de conformidad con lo establecido en el apartado 9.6.

2.4 Como resultado de la presentación del Formato N-020 la Delegación emitirá, en caso de ser procedente, una autorización provisional con un número de control para cada equipo y programará la visita de inspección inicial. En el caso de que se soliciten métodos alternativos, es requisito indispensable para emitir la autorización provisional, contar con la

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autorización de métodos alternativos que, en su caso, otorga la Dirección General de Seguridad y Salud en el Trabajo, según lo establecido en el apartado 9.4.

2.5 Cuando los resultados de la inspección inicial sean satisfactorios, se otorgará la autorización de funcionamiento en el acta de inspección, cuyo número de control será igual al de la autorización provisional. La vigencia de la autorización de funcionamiento será de cinco años para equipos usados y diez años para equipos nuevos, y al menos 30 días antes de su término, el patrón debe tramitar la ampliación de la vigencia de la autorización de funcionamiento, mediante cualquiera de las opciones establecidas en los apartados 5 y 6.

2.6 El tiempo máximo de respuesta de la Delegación a la solicitud está sujeta a la opción seleccionada, de acuerdo a lo siguiente:

a) 10 días naturales, cuando la demostración de la seguridad del equipo sea vía prueba de presión o exámenes no destructivos o expediente de integridad mecánica;

b) 45 días naturales, cuando la demostración de la seguridad del equipo sea a través de métodos alternativos.

3. Trámite con participación de UV para obtener la autorización de funcionamiento del equipo.

3.1 Presentar en la Delegación, el Formato N-020 por equipo, debidamente requisitado,

indicando en el bloque 1 la opción "aviso de funcionamiento", anexando el dictamen favorable emitido por una UV. Para que el dictamen emitido por la UV sea reconocido por la Delegación, éste debe ser presentado dentro de los 90 días posteriores a su emisión.

3.2 En el Formato N-020 se debe seleccionar una de las opciones citadas en el bloque 6, como se establece en el apartado 2.3, para indicar la demostración de la seguridad del equipo y otra de las opciones para la demostración de la confiabilidad de los dispositivos de seguridad, ambos ante la UV. Las visitas de verificación a realizar por la UV, serán en fechas establecidas de común acuerdo con el patrón.

3.3 Si el patrón elige la opción de un método alternativo para demostrar la seguridad del equipo, debe obtener previamente la autorización de la Dirección General de Seguridad y Salud en el Trabajo y, hasta contar con ésta, coordinará con la UV la verificación. La documentación para obtener la autorización de los métodos alternativos, debe presentarse en la Delegación o directamente en la Dirección General de Seguridad y Salud en el Trabajo, en los términos del artículo 8o. del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo y con el contenido establecido en el apartado 9.4.

3.4 Si el patrón determina demostrar la seguridad del equipo mediante la práctica de una prueba de presión, de exámenes no destructivos o por demostración documental (expediente de integridad mecánica), éste y la UV se deben apegar, según corresponda, a lo establecido en los apartados 9.1, 9.2 o 9.3.

3.5 El dictamen emitido por la UV debe cumplir con lo establecido en el capítulo 12. 3.6 Como resultado de la presentación del aviso de funcionamiento, acompañado del

dictamen favorable emitido por una UV, la Delegación, en su caso, reconocerá el dictamen y asignará el número de control al equipo mediante oficio de autorización de funcionamiento, con una vigencia de 10 años para equipos nuevos y cinco años para equipos usados.

3.7 El tiempo máximo de respuesta de la Delegación para reconocer el dictamen y emitir la autorización de funcionamiento con el número de control, es de cinco días hábiles.

4. Al menos 30 días antes del término de la vigencia, se debe tramitar la ampliación de la vigencia de la autorización de funcionamiento mediante cualquiera de las opciones establecidas en los apartados 5 y 6.

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5. Trámite para la ampliación de la vigencia de la autorización de funcionamiento sin participación

de UV.

5.1 Presentar en la Delegación el Formato N-020 por equipo, debidamente requisitado, seleccionando en el bloque 1 "solicitud de ampliación de la vigencia" y anotando el número de control del equipo previamente asignado por la Secretaría.

5.2 Adjuntar el croquis de localización del equipo. 5.3 Como resultado de la presentación del Formato N-020, la Delegación, en su caso,

programará una visita de inspección extraordinaria. En el caso de que se haya solicitado un método alternativo para la demostración de la seguridad del equipo, se debe contar con la autorización del método alternativo que, en su caso, otorga la Dirección General de Seguridad y Salud en el Trabajo, según lo establecido en el apartado 9.4.

5.4 El tiempo de respuesta de la Delegación, será de 10 días naturales a partir de: a) Haber recibido la solicitud, cuando la demostración de la seguridad del equipo sea vía prueba de

presión, exámenes no destructivos o demostración documental. b) Haber recibido la autorización de métodos alternativos, cuando la demostración de la seguridad del

equipo sea a través de métodos alternativos.

5.5 Cuando los resultados de la inspección extraordinaria sean satisfactorios, se ampliará la vigencia de la autorización de funcionamiento en el acta de inspección por cinco años más.

6. Trámite para la ampliación de la vigencia con participación de UV.

6.1 Al menos 30 días antes del término de la vigencia de la autorización de funcionamiento, se debe presentar en la Delegación el Formato N-020 por equipo, debidamente requisitado, anotando en el bloque 1 "aviso de ampliación de la vigencia", el número de control del equipo asignado previamente por la Secretaría y adjuntar el dictamen favorable expedido por una UV, en el que ésta dictamine que los equipos cumplen con lo establecido en la presente Norma para su funcionamiento en condiciones de seguridad. Para que el dictamen emitido por la UV sea reconocido por la Delegación, éste debe ser presentado dentro de los 90 días posteriores a su emisión.

6.2 Al Formato N-020 se debe adjuntar el croquis de localización del equipo en el centro de trabajo.

6.3 En el Formato N-020 se debe indicar una de las opciones citadas en el bloque 6, como se establece en el apartado 2.3, tanto para la demostración de la seguridad del equipo, como para la demostración de la confiabilidad de los dispositivos de seguridad.

6.4 Las visitas de verificación realizadas por la UV serán en las fechas que ésta establezca de común acuerdo con el patrón.

6.5 Si el patrón determina demostrar la seguridad del equipo mediante la práctica de prueba de presión, de exámenes no destructivos o de demostración documental, éste y la UV se deben apegar, según corresponda, a lo establecido en los apartados 9.1, 9.2 o 9.3.

6.6 Si el patrón elige la opción de un método alternativo para demostrar la seguridad del equipo, debe contar en la visita de verificación, con la autorización que, en su caso, otorga la Dirección General de Seguridad y Salud en el Trabajo. La documentación para obtener la autorización del método alternativo, debe presentarse en la Delegación o directamente en la Dirección General de Seguridad y Salud en el Trabajo, en los términos del artículo 8o. del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo y con el contenido establecido en el apartado 9.4.

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6.7 El dictamen emitido por la UV debe cumplir con lo establecido en el capítulo 12. 6.8 Como resultado de la presentación ante la Delegación, del aviso de ampliación de la

vigencia, al que se adjunte el dictamen favorable emitido por una UV, la Delegación, en su caso, reconocerá el dictamen y ampliará la vigencia por cinco años.

6.9 El tiempo máximo de respuesta de la Delegación para reconocer el dictamen y ampliar la vigencia de la autorización de funcionamiento es de cinco días hábiles.

Nota: Cuando los tiempos de respuesta a que se refieren los apartados 2.6, 3.7, 5.4 y 6.9 sean concluidos y las delegaciones no hayan entregado respuesta de resolución a las peticiones de los patrones, se consideran autorizadas las solicitudes presentadas y en estos casos, el interesado podrá solicitar el comprobante correspondiente, por escrito, a la Delegación, quien en un máximo de dos días deberá proporcionarlo. Los requisitos y los pasos a cumplir en el procedimiento de encendido de una caldera, están normalizados en Estados Unidos, en los folletos Nº 85, de la NFPA, “National Fire Protection Association”, habiendo también normas establecidas por la FM, “Factory Mutual” la Asociación de Compañías de Seguro. Una vez instalado el equipo, se debe contratar personal calificado (técnico en operación y mantenimiento de calderas), para comenzar con la puesta en marcha del equipo y continuar con la operación y el mantenimiento del equipo, para asegurar a la empresa que su personal de operación y mantenimiento tenga los conocimientos teóricos y la suficiente práctica para avalar su competencia laboral dentro de su trabajo y desarrolle satisfactoriamente sus actividades cotidianas. Dicho personal deberá haber cubierto previamente un programa de capacitación como el siguiente:

PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA CERTIFICACION COMO TECNICO EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS DE VAPOR DE TUBOS DE HUMO

BASES DEL PROGRAMA: El programa de capacitación se basa en las siguientes normas técnicas de competencia laboral del consejo de normalización y certificación de competencia laboral (CONOCER): CODIGO CICA0299.O1 “Operación de generadores de vapor”. CODIGO CMECO149.01 “Mantenimiento a sistemas generadores de vapor”

REQUISITOS PARA LA CERTIFICACION

A. Capacitación en aula. Completar 40 unidades educativas correspondientes a 48 hrs. de cursos

registrados ante la STPS. B. Practica. 32 Horas de prácticas sobre caldera en operación.

• 8 hrs, en tareas operacionales de rutina.

• 8 hrs. en ajuste de la combustión con analizador.

• 8 hrs. verificación de protecciones de seguridad.

• 8 hrs. participando en un mantenimiento anual.

C. Examen de certificación. Presentación y aprobación de un examen de certificación por escrito.

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DESCRIPCION DEL PROGRAMA DE CAPACITACION

a) Cursos que cumplen con las 48 hrs. educativas:

Cuidados básicos de calderas de vapor de tubos de humos. Sistemas de combustión de calderas de vapor. Circuitos de control y de seguridad de calderas de vapor. Curso completo de seguridad de calderas de vapor. Funcionamiento y mantenimiento de los equipos auxiliares de calderas de vapor de tubos

de humos. b) Practica. Las 32 horas de practica de operación pueden ser avaladas por una operación rutinaria

en su propia planta en presencia de un instructor calificado, ejecutando las siguientes prácticas:

Rutinas básicas de operación. Ajuste de combustión. Pruebas de dispositivos de seguridad. Mantenimiento anual.

c) Examen de certificación. Es un examen de razonamiento y aplicación de conocimientos. El

examen consta de 100 preguntas de opción múltiple y se permite la entrada con cualquier tipo de información.

El cumplimiento de estos requisitos asegura que el técnico esta capacitado para:

Operar, controlar y supervisar el funcionamiento de sistemas de calderas de vapor con eficiencia y

seguridad apegándose a las prácticas, normas y estándares establecidos por las Asociaciones Mexicanas e Internacionales (NOM, ASME, NFPA ABMA, etc.), los fabricantes de calderas y los procedimientos de su empresa.

Monitorear, registrar en bitácora, e interpretar las lecturas e indicaciones de: presión, temperaturas, análisis del agua y análisis de gases de combustión.

Efectuar las tareas básicas de limpieza, lubricación y ajustes menores de las calderas de vapor y equipos auxiliares.

Efectuar ajustes de la combustión utilizando analizador de gases. Diseñar el plan de mantenimiento proactivo para calderas de vapor de tubos de humo, de acuerdo

a los resultados del análisis de requerimientos de intervención, recomendaciones del fabricante, de normas oficiales mexicanas e internacionales, y procedimientos de la empresa.

Programar el mantenimiento proactivo de acuerdo al plan de mantenimiento y a las necesidades específicas de su empresa.

Efectuar diagnósticos de fallas de los sistemas de combustión. Remplazar y corregir elementos de los sistemas de calderas de vapor de acuerdo al programa de

trabajo y diagnostico. Verificar el trabajo ejecutado y el funcionamiento de los sistemas de calderas de vapor de acuerdo

a las condiciones técnicas del fabricante, a recomendaciones de Normas Oficiales Mexicanas e Internacionales y a los procedimientos de la empresa.

Monitorear y registrar la operación y el funcionamiento de los sistemas de calderas de vapor mediante técnicas de mantenimiento predictivo.

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Los operadores encargados de vigilar, supervisar, conducir y mantener cualquier caldera, estarán al corriente del funcionamiento de la misma y serán conscientes de los peligros que puede ocasionar una falsa maniobra, o una mala conducción.

EL SISTEMA DE ENCENDIDO

Comprende tres partes principales: 1. – Sistema de Barrido. Consiste en eliminar toda posible acumulación de mezcla explosiva del hogar, antes de iniciar cualquier intento de encender la caldera. Esto se realiza mediante el barrido, es decir, hacer circular aire, a máximo caudal o cercano, para producir el arrastre de todos los gases que pudieran haberse acumulado. Esto se hace durante un tiempo mínimo igual al necesario para renovar 5 veces el volumen total de aire del sistema, que se hace mediante un compresor de aire. 2. – Lógica de los Quemadores Piloto. Iniciar el encendido de los quemadores auxiliares, siguiendo pasos establecidos en forma precisa, y verificando en cada uno, que se cumplen las condiciones de seguridad establecidas. 3. – Lógica de los Quemadores Principales. Iniciar el encendido de los quemadores principales, de acuerdo a los pasos establecidos en forma precisa, y verificando en cada uno, que se cumplen las condiciones de seguridad apropiadas. Dependiendo del tipo de combustible y el diseño de la caldera, y los quemadores; básicamente los pasos para el encendido son los siguientes: 1. El barrido se realiza con un caudal de aire máximo, o por lo menos, superior al 60%. Una vez

cumplido el barrido, se lleva el caudal de aire a un mínimo de30%, generalmente. 2. El nivel de domo debe estar entre los límites normales. 3. La temperatura y la presión de los combustibles de ignición y principal deben ser los correctos.

(para la presión de combustible hay enclavamiento por baja presión y por alta presión). En caso de combustible líquido, presión correcta de vapor de atomización.

4. Los equipos principales como VTF, VTI, calentador de aire, bomba de agua, etc., se deben verificar que están en marcha, para lo cual, deben contar con detector de velocidad mínima sobre el eje, no señalizar con contacto auxiliar desde el CCM.

5. Una vez cumplidas las condiciones, se pone en funcionamiento el encendido del ignitor. El combustible utilizado en los quemadores de ignición es normalmente gas o combustible líquido liviano. Para su encendido se utiliza la chispa de una bujía de alta tensión.

6. La bujía de encendido, se apaga una vez que se detecta llama en el ignitor. 7. Luego de encendidos los pilotos, se puede (cumplidas todas las condiciones ya mencionadas),

abrir el combustible principal a los quemadores elegidos.

8. Cuando el detector de llama del quemador principal, detecta el encendido de ésta, y transcurrido un tiempo prudencial que permita suponer que esa llama se ha establecido en forma estable, se puede proceder a apagar el piloto correspondiente.

9. Toda esta secuencia, se debe realizar en un tiempo máximo establecido, a partir de la finalización del barrido, pues en caso contrario, cumplido ese tiempo, si no hay ningún quemador encendido, se debe reiniciar el proceso, volviendo a efectuar el barrido.

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Material y equipo.

Operación.

Comprobaciones durante el funcionamiento.

Sistemas de agua caliente. Sistemas de vapor. Temperatura de los gases en la

chimenea. Análisis de los gases de combustión.

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MATERIAL Y EQUIPO.

Material. No aplica. Equipo.

a) De protección o de seguridad

Guantes de hule (para realizar el tratamiento químico). Guantes de cuero. Lentes de seguridad. Mascarilla para polvo.

OPERACIÓN.

Para entender la operación de una caldera es necesario observar lo que sucede desde la entrada hasta la salida de la unidad. En la operación completa de una unidad están involucrados varios ciclos, como el ciclo del calor, el ciclo de agua y vapor y el ciclo de circulación de agua, donde todos éstos, interactúan para obtener el producto de una caldera. A la unidad se le debe suministrar agua y combustible; el agua se calienta hasta su condición final designada de antemano (agua y/o vapor) y se le transporta hasta su punto de uso final. Una vez que se ha extraído el calor del agua, el resto de la mezcla de agua y vapor, si es que puede utilizarse, se regresa a la unidad y se recicla.

Instrucciones para operar la caldera. 1. Verifique que el nivel de agua de la caldera (116) esté al nivel apropiado de trabajo. 2. Revise que las válvulas del agua estén abiertas (válvula de entrada al tanque de condensados,

válvula de entrada de agua a la bomba de alimentación, y válvula de entrada del agua a la caldera). 3. Revise que el programador del fireye esté en la posición “cero”. 4. Suba todos los interruptores del tablero, para que en caso de que esté bajo el nivel, lo suba a su

nivel la bomba de alimentación. 5. Sí bajo el nivel de agua, restablezca el botón de la columna principal, así como el de la auxiliar, en

caso de que exista. 6. Cerciórese de que las válvulas en la línea de retorno del combustible estén abiertas. Ponga a

trabajar la bomba de combustible, cuidando de no subir demasiado la presión en la línea, por encima de 7 kg/cm2 y dele vueltas a la manija del filtro (303); además, purgue el filtro para que salga el combustible frío. Circule aceite a través de la válvula de derivación (593), teniendo abierta la válvula de orificio (525).

7. Ponga el interruptor (21) del calentador eléctrico en el panel marcado; “Pil Header” en posición “cerrado” (on).

8. Una vez que esté caliente el combustible (esto se determina tocando con la mano el tubo de cobre que sale de la primera válvula de retorno directo), vaya cerrando la válvula de derivación (593) procurando que la presión en el manómetro del quemador (112) no exceda los 3 kg/cm2. Cuando el termómetro del quemador (126) indique una temperatura de 85 ºc cierre la válvula de orificio (525) colocada después de la válvula medidora (75).

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9. Sí la caldera está totalmente fría o no tiene presión, ponga el interruptor del panel de control marcado manual-automático (240) en posición “manual” y el potenciómetro (200) que gobierna la posición del motor Modutrol (188) con la flecha en posición “cerrado” (apuntando al lado de afuera del panel); en esta posición se deja hasta que la caldera alcance por lo menos 1/3 de la presión de trabajo, al llegar a esta presión se cambia el interruptor manual-automático, a “automático”, y se abre la válvula que alimenta de vapor al calentador de aceite. La presión no deberá ser mayor a la marcada en la trampa de vapor correspondiente (131), generalmente. Restablezca todos los botones “reset” que puedan haber operado.

10. Ponga el interruptor del quemador (19) en posición “cerrado” (on), y compruebe que el quemador está en su posición de trabajo (segunda muesca).

Al realizar correctamente estas operaciones, la caldera comienza a trabajar, funcionando primero el motor del ventilador (7). Cuando el programador del Fireye (10) llega al número 1 en la ventanilla de observación, abre la válvula del gas (41) y deberá de haber una presión máxima de 10 cm de columna

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de agua en la línea con la válvula solenoide del gas (41) abierta, y se energiza el transformador de ignición (31), produciendo la chispa de ignición, la cuál enciende el gas. El piloto es detectado por la fotocelda (410) y cierra el relay de flama RL2. Al llegar al punto 2 en la ventanilla del Fireye, cierre los contactos que energizan la válvula de combustible al quemador (38), encendiendo ésta. Al llegar al punto 3 en la mirilla, se desconectan la válvula del gas (41) y el transformador de ignición (31) y se va a la posición de demanda que le señale el interruptor manual-automático (240). Al llegar al punto 4 el motor del programador del Fireye deja de trabajar y se queda así hasta que la caldera corta por presión. Cuando la caldera corta por presión, empieza a trabajar el motor programador hasta llegar a cero, y ahí termina su ciclo, el cuál vuelve a empezar al regresar la caldera a la presión de arranque a la que esta calibrado el pressuretrol. Para parar la caldera o para ponerla fuera de servicio por una noche o por más tiempo, es conveniente seguir las instrucciones que se indican: 1. Ponga a circular diesel en la tubería de combustible por un espacio de 10 a 15 minutos o el

tiempo suficiente para dejar llenas de diesel las tuberías de alimentación y de retorno.

2. Llene la caldera a ¾ partes del tubo de nivel (116), actuando manualmente el arrancador magnético de la bomba de agua, o bien haciendo uso del inyector (130).

3. Verifique que todas las válvulas de salida de vapor (válvula general, válvula de vapor al

inyector, válvula de vapor al serpentín del tanque de combustible), estén perfectamente cerradas, así como las válvulas de purga de columnas, de fondo, y cualquier otra que tenga.

4. Una vez que el motor del ventilador (7) esté en reposo (posición cero en el programador del

Fireye) y que se coloque el interruptor del quemador (19) en la posición de abierto (off), se pueden bajar todos los interruptores del tablero eléctrico de entrada. En aquellos lugares muy fríos o muy húmedos se recomienda dejar puesto el interruptor que alimenta el circuito de control, con el objeto de tener un arranque rápido al día siguiente; o bien, conectar éste con dos horas de anticipación a la puesta en marcha de la caldera.

COMPROBACIONES DURANTE EL FUNCIONAMIENTO

SISTEMAS DE AGUA CALIENTE Periódicamente inspeccione su sistema de agua caliente para prevenir problemas en su caldera, verifique los siguientes incisos y de ser necesario, tome una acción correctiva. a) Regularmente purgue la válvula de alivio directamente con el mecanismo automático de

alimentación agregando agua “extra” durante períodos de abatimiento de temperatura y presión. b) Levante periódicamente la válvula de alivio, haciendo esto, por medio del mecanismo

automático o de alimentación. c) Tanques de expansión “ahogados”. d) Falta de un sistema suficiente de sobrepresión (se recomienda de 1.0 a 1.5 kg/cm2, o más de

la presión equivalente a la temperatura de operación de la caldera). e) Deficiencia en la circulación de agua a través de la caldera bajo todas las condiciones reales de

operación del sistema.

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f) Deficiencia de los mecanismos eliminadores de aire o conexiones en las partes más altas de la caldera.

g) Eliminador manual de aire en la parte más alta de la tubería del control de corte por bajo nivel. h) Falta de análisis y tratamiento de agua si es requerido por vaciado periódico de la caldera. i) Falta de protección contra choques cuando el sistema es común en calefacción y refrigeración,

y se cambia de uno a otro. j) Un arranque lento a fuego bajo en su caldera fría para darle mayor vida.

SISTEMAS DE VAPOR Compruebe su sistema para prevenir los siguientes problemas, y además si lo considera necesario tome la acción correctiva correspondiente o notifíquelo a la persona autorizada. a) Alimentación de agua cruda fría a la caldera caliente. b) Deficiencia de tratamiento de agua, eliminación de oxigeno, análisis periódico de agua y

programa de purgas. c) Un arranque lento al iniciar la operación de su caldera puede agregarle años de vida.

Calentador eléctrico y de vapor

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TEMPERATURAS DE LOS GASES EN LA CHIMENEA Si la temperatura de los gases es mayor en 83 °c de la de vapor, es demasiado alta. La solución es la limpieza de fluxes y ajuste del quemador, y si esto no reduce la temperatura de los gases, entonces el diseño es ineficiente; ya que una alta temperatura de los gases significa un desperdicio de calor.

ANÁLISIS DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN

Periódicamente verifique el análisis de flujo de gases y tenga la absoluta seguridad de que su comprobación de O2 y CO es tan correcta como la de CO2. El O2, deberá ser un máximo de 1 a 2 % y no deberá existir el CO.

Rangos Gas natural Diesel mexicano Combustóleo pesado A 0.10 % de CO2. 12.8 % de CO2. 13.8% de CO2 B 9 % de CO2. 11.5% de CO2 11.5% de CO2 C 8.5 % de CO2. 10.0% de CO2 13.0% de CO2 D 8 % o menos 9 % o menos 12.0 % o menos

A. Excelente B. Bueno C. Regular D. Pobre.

A continuación se presentan algunas de las partes más importantes de la caldera que servirán como apoyo para familiarizarse con el equipo, y tener un mejor desarrollo de su operación.

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Mantenimiento. Variables en una caldera.

Material y equipo. Procedimiento de seguridad.

Carburación. Calibración de electrodos.

Limpieza del fogón. Tubo de vidrio del indicador de nivel de agua.

Controles eléctricos. Seguridad de la flama.

Mantenimiento del quemador de gas. Resorte de la leva.

Válvula medidora de aceite combustible, válvula de ajuste y válvula de desahogo. Averías comunes en calderas.

Cuidados en calderas.

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MANTENIMIENTO

La labor del departamento de mantenimiento, está relacionada muy estrechamente con la prevención de accidentes y lesiones en el trabajador ya que tiene la responsabilidad de mantener en buenas condiciones, el equipo para la generación de vapor, lo que permite una mayor seguridad evitando en parte riesgos en el área laboral, y mejor desenvolvimiento. El mantenimiento de la caldera debe estar encaminado a la permanente consecución de los siguientes objetivos:

• Optimización de la disponibilidad del equipo productivo. • Disminución de los costos de mantenimiento. • Optimización de los recursos humanos. • Maximización de la vida útil de la caldera.

Básicamente, existen los siguientes tipos de mantenimiento: Mantenimiento Predictivo, consiste en inspeccionar los equipos a intervalos regulares y tomar acción para prevenir las fallas o evitar las consecuencias de las mismas según condición. Incluye tanto las inspecciones objetivas (con instrumentos) y subjetivas (con los sentidos), como la reparación del defecto (falla potencial) Mantenimiento Preventivo o Basado en el Tiempo, consiste en reacondicionar o sustituir a intervalos regulares, un equipo o sus componentes, independientemente de su estado en ese momento. Permite determinar el estado de la maquina, sin obstaculizar su ritmo productivo, a través de la medición de algún síntoma (como vibraciones, análisis de aceite, temperatura, etc.) y predecir su estado en base a su comportamiento en el tiempo Mantenimiento Detectivo o Búsqueda de Fallas, consiste en al inspección de las funciones ocultas, a intervalos regulares, para ver si han fallado y reacondicionarlas en caso de falla (falla funcional). Mantenimiento Correctivo, Trabajo que debe realizarse en el instante en que se solicita para impedir una perdida seria de producción, riesgo de lesiones personales, o daño al medio ambiente. Consiste en el reacondicionamiento o sustitución de partes en un equipo una vez que han fallado, es la reparación de la falla (falla funcional), ocurre de urgencia o emergencia. Mantenimiento Mejorativo o Rediseños, consiste en la modificación o cambio de las condiciones originales del equipo o instalación. No es tarea de mantenimiento propiamente dicho, aunque lo hace mantenimiento. La principal función de una gestión adecuada del mantenimiento, consiste en rebajar el correctivo hasta el nivel óptimo de rentabilidad para la empresa. El correctivo no se puede eliminar en su totalidad, por lo tanto una gestión correcta extraerá conclusiones de cada parada e intentará realizar la reparación de manera definitiva ya sea en el mismo momento, o programado un paro, para que esa falla no se repita. Es importante tener en cuenta en el análisis de la política de mantenimiento a implementar, que en algunas calderas, el correctivo será la opción más rentable.

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Para iniciar esta sección, resulta importante conocer las partes básicas de una caldera estándar.

VARIABLES EN UNA CALDERA

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MATERIAL Y EQUIPO.

Material.

Aceite lubricante SAE 10 Cepillo de alambre de mano Cepillo de alambre para tubos fluxes Desengrasante Espátula Cuña de lámina Resistol 5000 Sellador para tuberías.

Equipo.

a) De protección o de seguridad

Guantes de cuero Lentes de seguridad Mascarilla para polvos

b) Herramental

Desarmadores de cruz Desarmadores planos Llaves allen Llaves españolas Llaves estrías Llave perico Llave stillson Matillo de bola Multímetro Pinzas de electricista Pinzas de mecánico Voltamperímetro de gancho

PROCEDIMIENTO DE SEGURIDAD

Antes de realizar cualquier clase de mantenimiento, se deberán de efectuar los siguientes pasos: a) Desconectar el suministro de energía eléctrica. Antes de comenzar con el trabajo de

mantenimiento, deberá de desconectar el interruptor principal del tablero de control, y colocar cadena con candado y tarjeta que indique la fecha y el motivo por el cual se desconectó el equipo.

b) Cerrar válvulas. Se deberán de cerrar las válvulas de entrada de agua, alimentación de combustible, y la válvula de salida de vapor.

c) Actividades de mantenimiento:

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CARBURACIÓN

El objetivo de la carburación consiste en mejorar las condiciones de operación de la caldera, o seguirlas conservando de manera optima. Los pasos para realizar una carburación son los siguientes: 1) Corte el suministro de corriente de la caldera. 2) Cierre las válvulas de paso de combustible. 3) Desarme el filtro de combustible y quite las impurezas que pueda contener, enjuague el filtro en el

bote de combustible, y arme nuevamente el filtro. 4) Desmonte el quemador por la parte trasera de éste. Normalmente se encuentra sujeto a la caldera

por medio de tornillos. 5) Marque las conexiones eléctricas para evitar confusiones. 6) Afloje las conexiones de la línea de combustible en el quemador, para sacar la base donde están

sostenidos los electrodos y las espreas. 7) Desconecte los electrodos de ignición, retirando uno con ayuda de un desarmador y dejando el

otro electrodo en su posición original, limpie las puntas del electrodo con una lija de agua para eliminar el carbón. Posteriormente realice la misma operación con el otro electrodo.

8) Con un perico se sostiene la base de la esprea y con la llave española se afloja la esprea. Esta operación se repite con cada una de las espreas (revise antes de aflojar las espreas, el galonaje de éstas, y la forma en que se encuentran colocadas).

9) Desarme las espreas y lave cada una en el combustible (esta tarea se lleva a cabo con un desarmador o una llave allen).

10) Verifique que la esprea no se encuentre gastada o dañada; sí éste fuera el caso, sustituya la esprea por una nueva, y vuelva a armar.

11) Coloque nuevamente las espreas en el quemador. 12) Limpie si es posible, el medio de detección de flama (fotocelda o varilla detectora). 13) Coloque los electrodos de ignición en la posición correcta. Una vez colocados en posición,

apriételos con un desarmador, cuidando de no moverlos. 14) Ponga la base de los electrodos y espreas en el cuerpo del quemador, cuidando de no mover los

electrodos de su posición. 15) Conecte los ductos de combustible al quemador. 16) Cloque los electrodos de ignición en las conexiones inicialmente marcadas. 17) Monte el quemador colocando los tornillos. 18) Abra la llave de paso del combustible con el propósito de que el filtro se llene. 19) Suba el interruptor de energía. 20) Verifique que la caldera cuente con agua, combustible y electricidad. 21) Poner en marcha la caldera, para constatar lo siguiente:

Color de flama Color de gases Condición Acción a seguir Blanca

Amarilla Transparente Buena. La relación aire-combustible es optima. Continuar operando

Naranja Gris Regular. Tiene un ligero exceso de combustible

Disminuir la presión del combustible o abrir más el

papalote del aire.

Roja Negro Mala. Tiene un exceso elevado de combustible.

Corregir inmediatamente bajando la presión en la línea del combustible, o abrir aún

más la entrada de aire.

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Nota: para bajar la presión en la línea de combustible es necesario mover el tornillo de ajuste de presión en la bomba de combustible líquido, o mover el regulador de presión cuando se trate de combustible gaseoso. Se debe contar con un manómetro en la línea de combustible, con la finalidad de visualizar si la presión incrementa o disminuye.

CALIBRACIÓN DE ELECTRODOS

1) Si los electrodos están demasiado abiertos, no se alcanzará a formar el arco entre las puntas de

los electrodos. 2) Si los electrodos están demasiado cerrados, el arco será muy pequeño 3) Si los electrodos están colocados muy abajo, de tal forma que sean bañados por el combustible,

provocará la carbonización de los mismos. 4) Si los electrodos se encuentran elevados más de lo normal, el arco generado en la punta de éstos,

no alcanzará a hacer contacto con el combustible. Cualquiera de estas anormalidades en los electrodos traerá como consecuencia la falla del encendido del quemador.

LIMPIEZA DEL FOGÓN

Los períodos de limpieza de los tubos varían de acuerdo con el combustible utilizado y el tipo de quemador.

Sin embargo la eliminación de estos materiales debe de efectuarse en intervalos frecuentes y regulares dependiendo de la carga, tipo y calidad de combustible, temperatura de la caldera y eficiencia de la misma. La temperatura del cañón de la chimenea aumentará conforme halla acumulación de depósitos de hollín.

La limpieza se realizará abriendo las puertas delantera y trasera, y el cepillado se puede realizar desde cualquier extremo. Todo el hollín suelto y acumulaciones deben de removerse del horno y de las placas tubulares. Los pasos para abrir la puerta son los siguientes:

a) Para abrir la puerta, no lo haga cuando la caldera se encuentre caliente, ya que un cambio brusco de temperatura puede ocasionar que el material refractario se deforme o sufra roturas.

b) La puerta deberá de estar soportada con un bloque o con un gato para evitar su deformación. c) Antes de cerrar, inspeccione todos los empaques y superficies selladoras. Si el empaque de la

puerta está duro o quebradizo deberá de reemplazarse. d) Las cuerdas de fibra de vidrio utilizadas para el sello deflector y para el sello del empaque de la

puerta no deberán de reutilizarse. e) La brida de la puerta y el área de la placa tubular del sello deflector deberán estar limpios y libres

del material sellante viejo, incrustaciones, etc. f) Cerciórese que todos los fijadores de retención del empaque estén en su lugar. g) Remueva la cuerda vieja y el cemento aislante de la loseta deflectora o del refractario. h) Tenga cuidado de no picar o cuartear el refractario y la ubicación de la cuerda. i) La cuerda debe de colocarse en la parte superior del borde de la loseta deflectora. j) El deflector del respiradero debe de inspeccionarse anualmente y limpiarse de ser necesario. k) Antes de cerrar las puertas revise que no haya lagrimeos en tuberías y conexiones.

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TUBO DE VIDRIO DEL INDICADOR DE NIVEL DE AGUA Cuando observe que el tubo se encuentra descolorido o roto, reemplácelo de inmediato, y utilice un empaque de hule nuevo y del tamaño adecuado siempre que remplace el tubo. Nunca utilice empaques holgados que pudieran ser forzados debajo del tubo de vidrio, y posiblemente pudieran tapar el orificio de la válvula. Para remplazar el tubo de vidrio; cierre las válvulas, y coloque una tuerca de empaque, una arandela, y un anillo empaquetador en cada extremo del tubo. Inserte un extremo del tubo en el cuerpo de la válvula superior del indicador, lo suficiente para que permita que el otro extremo calce en el cuerpo de la válvula inferior. Deslice las tuercas del empaque dentro de cada válvula y apriete. Si es necesario cambiar el tubo cuando la caldera está funcionando; después de haber realizado el cambio del tubo, abra la llave de drenaje y permita que el tubo de vidrio se caliente a la temperatura de operación abriendo lentamente las válvulas del indicador. Después de que el tubo de vidrio se caliente, cierre la llave de drenaje y abra completamente las válvulas del indicador.

Finalmente inspeccione las llaves de prueba y de nivel para verificar su correcta operación y límpielas de ser necesario. Es imperativo que las llaves de nivel estén instaladas en un alineamiento preciso, ya que si no lo están, el vidrio quedará forzado y puede fallar prematuramente.

CONTROLES ELÉCTRICOS

1. Verifique la tensión de las conexiones eléctricas y mantenga limpios los controles. 2. Elimine cualquier suciedad acumulada en el interior del control empleando aire de baja presión

para no dañar el mecanismo. 3. Inspeccione los interruptores de mercurio; y si observa una espuma oscura sobre la superficie del

mercurio generalmente brillante podría conducir a una acción errática del control. 4. Realice la limpieza de la tubería que va a los controles que operan a presión. 5. Revise el revestimiento de plata de los contactos, y si encuentra que es necesario pulirlos, utilice

una lija delgada para pulir los contactos, pero si existe un desgaste excesivo en éstos, se deberán de reemplazar.

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DIAGRAMA GENERAL DEL TABLERO ELÉCTRICO.

IDENTIFICACIÓN Y LOCALIZACIÓN DE CONTACTOS, LEVAS Y RELEVADORES DEL PROGRAMADOR CB20

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SEGURIDAD DE LA FLAMA

Se debe de verificar el sistema de seguridad de la flama por lo menos una vez al mes. Las pruebas deben verificar que los dispositivos de seguridad detengan la operación de la unidad si existen fallas en el encendido de la flama.

1. Verificación de falla en la flama del piloto.

a) Cierre la llave de gas del piloto. b) Cierre el suministro principal de combustible. c) Encienda el interruptor del quemador. d) El circuito de la ignición del piloto se activará al final del período de pre-purga. e) Debe de haber chispa de ignición, pero no flama

2. Verificación de falla en el encendido de la llama principal.

a) Deje abierta la válvula de cierre del gas del piloto. b) Cierre el suministro de combustible al quemador. c) Encienda el interruptor del quemador. d) El piloto se encenderá al completarse el periodo de pre-purga. e) La válvula principal del combustible se activará, pero la llama principal no debe de encenderse. f) La válvula principal se desactivará después de 4 segundos, luego de que finalice la prueba de la

ignición del quemador principal. g) El control se activará para detener la unidad como medida de seguridad. La luz de falla de la flama

se activará y el motor del soplador funcionará durante un período de post-purga y después se detendrá.

3. Verificación de pérdida de flama.

a) Con el quemador en operación normal, cierre la llave principal de suministro de combustible al quemador para apagar la llama principal.

b) La válvula principal se desactivará antes de 4 segundos, después de que finalice la prueba de la ignición del quemador principal.

c) El control se activará para detener la unidad como medida de seguridad. La luz de falla de flama se activará y el motor del soplador funcionará durante un período de post-purga y después se detendrá.

MANTENIMIENTO DEL QUEMADOR DE GAS

1. Se deberá de verificar que exista un sello adecuado entre el extremo de la cámara del quemador y el refractario del horno.

2. Verifique que el difusor no esté cubriendo los orificios de salida en la cámara del quemador.

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3. Verifique el ajuste del electrodo y revise que el aislador de porcelana no esté agrietado. De ser así, reemplace el electrodo ya que puede ser que el voltaje de ignición se vaya a tierra. Si tiene señas de picaduras o depósitos acumulados en la punta, deberá de reacondicionarlo con una lima fina.

4. Remueva periódicamente el tapón de acceso del aspirador del piloto de gas y elimine la pelusa o material extraño que se haya acumulado.

5. Inspeccione los cables de ignición para detectar grietas en el aislamiento. 6. Verifique que las conexiones entre el transformador y los electrodos estén bien apretadas.

RESORTE DE LA LEVA Se deberá de inspeccionar mensualmente el resorte perfilado de la leva de combustible para ver si tiene desgaste, rayas o está deformado. Si se detecta alguna de estas condiciones, se debe de reemplazar inmediatamente el resorte para evitar que se rompa durante el funcionamiento. Tenga cuidado de no dañar el resorte durante la instalación, y lubrique de vez en cuando el resorte con un lubricante de alta temperatura que no sea pegajoso y que no gotee; puede utilizar lubricantes grafitados o derivados del silicón.

VÁLVULA MEDIDORA DE ACEITE COMBUSTIBLE, VÁLVULA DE AJUSTE Y DE DESAHOGO En caso de que exista alguna fuga en el empaque de la válvula medidora, se debe de apretar gradualmente la tuerca del empaque hasta detener la fuga. Un apriete excesivo de la tuerca del empaque de la válvula medidora evitará el movimiento libre del vástago medidor.

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Válvula medidora o dosificadora

Válvula solenoide

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Válvula de alivio

Si el empaque está desgastado, instale uno nuevo de acuerdo a los siguientes pasos: 1. Cierre el flujo de combustible, y asegúrese de que el indicador de presión no muestre presión. 2. Marque con una raya el cubo de la leva y el eje del impulsor. Esto le ayudará a colocar de nuevo la

leva en su posición original, teniéndole que efectuar un ajuste mínimo una vez que encienda de nuevo el quemador.

3. Sujete con una abrazadera o mantenga el vástago medidor hacia abajo. 4. Afloje las tuercas de fijación en el cubo de la leva y gire o mueva la leva a una posición que no

interfiera con el desmontaje del vástago. 5. Saque el vástago y el resorte de la válvula medidora, y verifique que el pasador que sostiene la

parte medidora no sobresalga. Saque el porta empaque. 6. Remueva los tornillos que sostienen la ménsula de soporte del contraeje para mover la ménsula.

Puede que también sea necesario aflojar la ménsula de soporte en el extremo del eje. 7. Saque los aros empaquetadores y las guías, y no los vuelva a usar. 8. Ponga una capa delgada de lubricante al vástago, con el lubricante suministrado en el juego de

empaques. Coloque en el vástago el nuevo empaque, o-rings y guías. La cara biselada de las guías y los aros de teflón deben de mirar hacia arriba, con excepción de la guía de bronce superior que debe de mirar hacia abajo. Asegúrese de que los o-rings estén bien colocados.

9. Utilizando el vástago como guía, inserte el empaque ensamblado dentro de la cavidad, luego seque el vástago.

10. Coloque nuevamente el empaque, ponga el resorte en su lugar, y asegure los fijadores. Posteriormente instale el portaempaque.

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11. Coloque nuevamente el vástago medidor y el resorte, después lubrique levemente el vástago para facilitar la inserción y el movimiento. Tenga cuidado cuando lo meta, y evite que se dañe el orificio y el vástago.

12. Apriete el portaempaque, pero solo lo suficiente para poner un poco de tensión en el empaque (el vástago debe moverse libremente con la fuerza del resorte).

13. Mueva el vástago varias veces hacia arriba y hacia abajo para asegurar que se mueve libremente. 14. Baje el vástago y coloque nuevamente la leva. Iguale las rayas y asegure las tuercas de fijación,

verificando que el resorte de la leva esté centrado en el rodillo. 15. Restaure el flujo de combustible y pruebe el encendido del quemador en varios ajustes,

asegurándose de que el vástago del medidor sigue libremente a la leva. 16. De ser necesario, apriete el portaempaques después de que esté funcionando unos instantes, a fin

de mantener la tensión apropiada del empaque.

MANTENIMIENTO DIARIO

1. Limpie las boquillas del quemador. 2. Comprobar el nivel de lubricante para el compresor en el tanque aire-aceite; este deberá de estar a

½ nivel, esto es dentro del tercio medio, y si está más abajo, deberá ponerlo a nivel. 3. Purgue la caldera por lo menos cada 8 horas de trabajo, tanto de la purga de fondo como de sus

columnas de control de nivel. Esto se hace subiendo el nivel de agua a ½ cristal y purgando hasta que arranque la bomba de alimentación.

4. Compruebe que la presión indicada por los manómetros de entrada del combustible, la presión en la válvula medidora y la presión de salida del combustible; sean las fijadas en su manual de operación.

5. Verifique que la presión de aire de atomización es la correcta 6. Compruebe que la temperatura de los gases de la chimenea es la adecuada.

MANTENIMIENTO CADA TERCER DÍA

1. Verifique que la trampa de vapor del calentador opere correctamente (en caso de que la caldera utilice combustóleo).

2. Limpie los filtros de combustible que están en la succión de la bomba.

MANTENIMIENTO SEMANAL

1. Realice una inspección para verificar que no hay fuga de gases, ni de aire en las juntas de ambas tapas de la caldera, y en la mirilla trasera.

2. Verifique que la tensión de la banda al compresor sea la adecuada. 3. Deberá de limpiar el filtro de lubricante que está pegado al compresor. 4. Realice el lavado de los filtros; de entrada de la bomba y el de entrada del agua al tanque de

condensados. 5. Limpie el electrodo del piloto de gas. 6. Inspeccione los prensaestopas de la bomba de agua de alimentación.

MANTENIMIENTO QUINCENAL

1. Realice la limpieza de todos los filtros de agua, aceite-combustible, y aceite-lubricante. 2. Compruebe que la operación es correcta y que no exista falla de flama.

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3. Realice una inspección para analizar cuales son las condiciones del quemador, presión, temperatura, etc.; y si encuentra que es necesario, deberá de realizar la limpieza y un ajuste al mismo.

4. Inspeccione los niveles de entrada y paro de la bomba, haciendo uso de las válvulas de purga de fondo de la caldera.

5. Asegúrese de que la foto celda esté limpia, así como también el conductor en donde se encuentre colocada.

MANTENIMIENTO MENSUAL

1. Comprueba que los niveles de agua son los indicados.

A. 58 mm de nivel máximo. B. 45 mm arranque de la bomba. C. 32 mm corte por bajo nivel.

2. Compruebe el bajo nivel, bajando el interruptor de la bomba de agua de alimentación, el agua al

evaporarse, irá disminuyendo el niel, y si al llegar a 32 mm no se para por bajo nivel, hay que parar inmediatamente la caldera e inspeccionar el bulbo de mercurio de tres hilos (del lado de la calera).

3. Asegúrese de que el flotador está funcionando correctamente estando la columna exenta de lodos o acumulaciones

4. Compruebe el voltaje y cargas que toman los motores.

MANTENIMIENTO TRIMESTRAL

1. Observe la temperatura del termómetro de salida de los gases de la chimenea de la caldera, cuando tenga 80 °c por arriba de la temperatura del agua en el interior, y de ahí en adelante; indica que la caldera está hollinada y hay que proceder a realizarle la limpieza interna.

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2. Es conveniente además, que se destapen varias tortugas o registros, de las de en medio, y de la parte de abajo, para ver el estado de limpieza interior por el lado del agua.

3. Cada vez que se desholline, para una mejor conservación del refractario se deberá de dar una lechada con cemento refractario, tanto a la tapa trasera, como el refractario del horno. Revise los empaques y recúbralos con grafito y aceite.

4. Tire ligeramente de las palancas de las válvulas de seguridad para que escapen y así evite que se peguen en su asiento.

MANTENIMIENTO SEMESTRAL

1. Compruebe que el nivel de aceite del reductor de velocidad de la bomba de combustible sea el

indicado 2. Revise los empaques del prensa estopa de la bomba de agua de alimentación. En caso de

encontrarlos dañados o secos, deberá de sustituirlos por otros nuevos. 3. Realice una limpieza general a los contactos del Fireye y demás arrancadores con un trozo de

género limpio, humedecido con tetra cloruro de carbono. 4. En un período no mayor a los tres meses de efectuada la puesta en marcha inicial de la caldera y

después, según las condiciones lo requieran, la caldera deberá de ser enfriada y secada, las cubiertas quitadas y el interior debe ser lavado con agua a presión. Los tubos y espejos también deberán de ser inspeccionados al mismo tiempo para buscar incrustaciones. La efectividad del tratamiento de agua y el porcentaje de agua de repuesto requerido, determinarán los siguientes períodos de limpieza. El servicio de su experto en tratamiento de agua deberá incluir inspecciones al interior de la caldera, así como el análisis periódico del agua.

5. Inspeccione los fluxes por el lado del hollín y de ser necesario, deberá realizar la limpieza. 6. Verifique en que condiciones se encuentra el material refractario del horno y de la puerta trasera. 7. Limpie las grietas y saque el material refractario que se haya desprendido. Recubra el mismo con

cemento refractario de fraguado al aire; el periodo de este recubrimiento varia con el tipo de carga y operación de la caldera, y deberá de ser determinado por el operador al abrir las puertas para hacer la limpieza de hollín.

8. Revise sus bandas de transmisión y si la tensión de las bandas es inadecuada ténselas debidamente.

9. Lave la caldera interiormente; para hacer esto, se deberá de quitar la reducción del manómetro que va en la te a la salida de la bomba de agua de alimentación, y coloque ahí una reducción al tamaño de la manguera que se va a utilizar.

Importante: antes de abrir la caldera, deberá de dejar que éste enfríe por si sola durante 36 hrs. de anticipación, para no causar un choque térmico brusco, y además lo más recomendable es que comience con la limpieza por el lado del fuego y concluya por el lado del agua, para permitir que el lado del agua continúe enfriándose lentamente. En el caso de que la limpieza sea urgente, se enfría la caldera, bajándole presión y haciéndole circular el agua, purgándola para que entre agua fría; así, hasta que la caldera esté totalmente fría. La operación de enfriamiento deberá hacerse con lapsos de reposo de 20 a 25 minutos, para que el enfriamiento no sea brusco y dañe los fluxes; luego se vacía totalmente el agua y se quitan todas las tortugas. Ya habiendo puesto la manguera en la bomba, se cierra la válvula de entrada de agua a la caldera y al poner a funcionar la bomba, se mete la manguera por todos los registros de mano hasta que quede bien limpia. Finalmente tape limpiando perfectamente las tortugas y el asiento de la propia caldera.

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10. Verifique el estado de limpieza de las columnas de control y de las entradas del agua de la bomba de alimentación y el inyector.

11. Compruebe y lave los pressuretroles, toda la línea de los mismos, y la línea del manómetro. 12. Refresque las cuerdas al tornillo de las tortugas y póngales grafito con aceite para que no se

peguen. 13. Destape todas las cruces y compruebe que estén limpias. Además, es importante que tenga en

cuenta que deberá de limpiarlas cada seis meses cuando menos.

MANTENIMIENTO ANUAL

1. Deberá de limpiar el calentador eléctrico y de vapor para combustible, así como asentar la válvula de alivio y las reguladoras de presión.

2. Verifique el estado en que se encuentran todas las válvulas de la caldera, si lo considera necesario, asiéntelas y si no pueden ser asentadas, reemplácelas por otras nuevas.

3. Deberá de volver a engrasar los baleros de la bomba de agua y de combustible. 4. Realice la lubricación de los baleros sellados de las transmisiones o motores que tengan este tipo

de baleros. Reponga los sellos cuidadosamente, y reemplace los baleros defectuosos, o aquéllos en los que se tenga duda de su buen funcionamiento.

5. Vacíe y lave con algún solvente apropiado el tanque aire-aceite, así como todas las tuberías de aire y de aceite que de él salgan, procurando que al volver a conectarlas queden debidamente apretadas.

6. Realice el cambio de lubricante por un aceite nuevo SAE 10.

AVERÍAS MÁS COMUNES EN CALDERAS

A continuación se muestra un diagnostico de averías que podrían presentarse en su caldera, sus posibles causas, y las revisiones que se deberán de realizar antes de proceder a corregir la falla.

Falla Causa Revise sí…

El quemador no enciende

1. Hay falta de voltaje en las terminales de entrada de energía del relevador de programación

2. El interruptor de seguridad del relevador de programación está desactivado y necesita restablecerse.

3. El circuito limitador no está completo y no hay voltaje en el extremo de la terminal del circuito limitador del relevador de programación

El interruptor de separación principal está abierto.

El fusible del circuito de control está quemado.

La conexión eléctrica está floja o quebrada.

La presión o la temperatura es mayor que el ajuste del control de operación (la luz de la demanda de carga no enciende).

El agua está por debajo del nivel requerido.

La luz de bajo nivel de agua (y alarma) debe indicar esta condición. Verifique el botón de restablecimiento manual en el control de bajo nivel de agua.

La presión del combustible debe estar dentro de los ajustes de los interruptores de baja y alta presión.

El inyector del quemador debe estar completamente hacia delante para cerrar el interruptor de la cámara de aceite.

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Falla Causa Revise sí…

No hay ignición

1. Hay falta de chispa.

El electrodo está conectado a tierra, o la porcelana está quebrada.

El ajuste del electrodo está incorrecto. La terminal está floja en el cable de la

ignición, o el cable tiene corto circuito. El transformador de la ignición no

funciona. Hay poco o cero voltaje en la terminal

del circuito de la ignición del piloto.

2. Hay chispa pero no hay flama.

Hay falta de combustible, no hay presión de gas, la válvula está cerrada, el tanque está vacio, la línea rota, etc.

El solenoide del piloto no funciona. Hay poco o cero voltaje en la terminal

del circuito de la ignición del piloto.

3. El interruptor de baja alimentación está abierto en el circuito de prueba.

El actuador de compuerta no está cerrado, la leva está deslizada, el interruptor está defectuoso.

La compuerta está trabada o la conexión está enlazada.

4. El circuito de interconexión del funcionamiento no está completo.

Los interruptores de prueba de aire automatizado o de combustión están defectuosos o no están ajustados adecuadamente.

El contacto de entrecierre de arranque del motor no está cerrado.

5. El detector de flama está defectuoso, el tubo de observación está obstruido o los lentes están sucios.

Hay flama en el piloto, pero no hay llama

principal

1. No hay llama suficiente en el piloto.

2. Hay poco o cero voltaje en la terminal del circuito de la válvula principal del combustible.

3. El detector de llama está defectuoso, el tubo de observación esta obstruido o los lentes están sucios.

El quemador permanece con llama baja

1. La presión o temperatura están arriba del ajuste del control de modulación.

2. El interruptor manual-automático está en la posición incorrecta.

3. El motor de modulación no funciona

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Falla Causa Revise sí…

El quemador permanece con llama baja

4. El motor de modulación no funciona

5. El control de modulación La interconexión, las levas, los tornillos de ajuste, etc. están entrelazados o flojos.

Un paro ocurre durante el encendido

1. Hay una pérdida o interrupción del suministro de combustible.

2. La válvula de combustible está defectuosa, o la conexión eléctrica está floja

3. El detector de flama está débil o defectuoso.

4. Los lentes están sucios o el tubo de observación está obstruido.

5. El interruptor de cierre del programador se ha desenganchado.

Inspeccione las líneas de combustible y las válvulas.

Inspeccione el detector de flama. Verifique si hay un circuito abierto en

el circuito de entrecierre de funcionamiento.

La luz de falla de flama se activa por falla en la ignición, falla en la flama principal, señal de flama inadecuada, o control abierto en el circuito de entrecierre de funcionamiento.

Verifique el circuito limitador por si hay un control de seguridad abierto.

6. Hay una relación aire-combustible inadecuada (fuego pobre).

La interconexión está deslizante. La compuerta de aire está trabada

(abierta). El suministro de combustible esta

fluctuante y puede ser que haya una obstrucción temporal en la línea de combustible, una caída temporal en la presión del gas, o la válvula de compuerta tipo orificio se abrió accidentalmente.

7. El dispositivo de entrecierre está defectuoso o no funciona.

El motor de modulación no funciona

1. El interruptor manual automático está en la posición incorrecta.

2. La interconexión esta floja o trabada.

3. El motor no enciende o se apaga durante la pre-purga o no se desactiva cuando el quemador se apaga.

El motor esta defectuoso. La conexión eléctrica está floja. El transformador del actuador de

compuerta está defectuoso.

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CUIDADOS EN CALDERAS

1. Cuidados del lado del agua.

El descuido del mantenimiento por el lado del agua trae como resultado la formación de incrustaciones, picaduras, corrosión, espuma, arrastre de humedad y “crestas de nivel de agua”. Por éstas y muchas otras razones, es importante un tratamiento de agua con un procedimiento adecuado de purgas para conservar las superficies de calefacción de la caldera libres de incrustaciones y prolongar la vida útil de la caldera; además deberá consultar con expertos en tratamiento de agua, para que ellos realicen análisis del agua y le recomienden un tratamiento apropiado basado en el análisis y cantidad de agua cruda que se utilizará.

Los consultores en tratamiento de agua también deberán de recomendar el procedimiento y la frecuencia de purgas para reducir la concentración de sales dentro de la caldera. Sus recomendaciones serán la mejor arma para prevenir la formación de incrustaciones sobre la superficie de calefacción, la eliminación de corrosión causada por el oxigeno libre de agua, reducción de arrastre de agua que pueda ser causado por la formación de espumas.

Las calderas de agua caliente en sistemas cerrados, normalmente no requieren reposición de agua, sin embargo; algunos sistemas pueden haber sido instalados de tal manera que el agua del sistema se pierde con regularidad y se requiere la reposición de agua; entonces se deberá de utilizar un tratamiento del agua de alimentación para prevenir incrustaciones.

SISTEMA DE AGUA DE ALIMENTACIÓN. Uno de los factores principales para la operación óptima de una caldera es el de contar con un sistema de suministro de agua el cual sea adecuado para cada

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caso en particular. Esto es debido a que resulta indispensable mantener un nivel de agua constante en el interior de la caldera para que no ocurra un siniestro o falla de alguna de sus partes. Todo sistema efectivo de alimentación de agua a calderas debe contar con:

Reserva mínima de agua (tanque de almacenamiento). Equipo de bombeo. Control de sistema.

a) Picaduras y corrosión por oxigeno.

Para proteger su caldera contra este mal, la única solución es el tratamiento de agua adecuado. Realice una inspección visual de tubos, hogar, envolvente, y espejos cuando menos dos veces al año, vaciando la unidad y quitando todos los registros de mano y de hombre previamente. Revise la superficie del lado del agua (especialmente las partes más caliente) con ayuda de lámparas y espejos buscado abolsamientos, deformaciones o erosiones de la superficie metálica. Si nota cualquiera de estas condicione mencionadas, su programa de tratamiento necesita una inmediata comprobación y revisión y la caldera una buena reparación.

b) Formación de incrustaciones.

Importante: la formación de incrustaciones actúa como un aíslate térmico y puede generar un sobrecalentamiento del hogar, tubos y espejos. Esta situación puede causar fugas en los tubos, agrietamientos en el extremo de los mismos y otros problemas del recipiente sujeto a presión. Nuevamente su programa de tratamiento de agua requiere una revisión. Durante la revisión visual del lado del agua, emplee una cuchilla o un pequeño martillo para obtener muestras de la incrustación y envíelas inmediatamente al consultor en tratamiento de agua. Verifique cuidadosamente la porción trasera o la zona más caliente de la caldera y a que esta es el área más susceptible de formación de incrustaciones. La formación de incrustaciones dentro de cualquier caldera es motivo de preocupación y acción inmediata.

c) Acumulación de lodos

Algunas veces las condiciones del agua o del tratamiento químico de esta, dan por resultado la acumulación de “lodos” y sedimentos en el fondo de la caldera, por lo que una inspección visual le revelará la presencia de estos “lodos”.

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Utilice una manguera con agua a presión para lavar estas acumulaciones, y revise nuevamente la superficie metálica frotando con sus manos y comprobando que se ha realizado un trabajo efectivo.

d) Vapor húmedo y arrastres del vapor

El vapor húmedo y los arrastres del vapor pueden ser causados debido a:

1) Alta concentración de sólidos en la caldera por falta de purgas. 2) Inadecuado tratamiento de agua. 3) Líneas de vapor estranguladas a la salida de la caldera, lo cual causa velocidades excesivas

causando desprendimientos o arrastres de agua de la caldera. 4) Cargas súbitas ocasionadas por la apertura rápida de las válvulas, produciendo sobrecargas

instantáneas en la caldera 5) Caldera sobrecargada a causa de incrementos en la demanda de la planta. 6) Cabezales o líneas principales de vapor con condensaciones sin trampas adecuadas.

e) Empaques.

Conserve siempre en su almacén un juego de empaques para los registros (tortugas). Los empaques metálicos de espiral, si están en buenas condiciones pueden volverse a utilizar, pero es conveniente voltearlos, aunque lo más recomendable es utilizar siempre empaques nuevos. Los empaques no metálicos deberán de ser desechados y no podrán ser reutilizados.

Es importante mantener un sello hermético en los registros de hombre y de mano, ya que de existir pequeñas fugas; éstas desgastarán y dañarán los asientos de los empaques de los registros. Cuando la erosión llega a ser seria, debe ser parchada, y puesto que es un recipiente a presión, la reparación requerirá un soldador calificado.

f) Almacenamiento de calderas fuera de uso

Para un período corto sin operación (menos de tres meses). Es una buena medida llenar totalmente de agua la caldera; con esto reduce la posibilidad de corrosión por oxidación y picaduras.

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Para eliminar un elevado porcentaje de oxígeno libre contenido en el agua, conviene llenar la caldera y dejarla abierta a la presión atmosférica en el punto más alto, encendiéndola y dejándola operar en fuego bajo, hasta que empiece a evaporar. Asegúrese de que no existe la posibilidad de congelamiento del agua dentro de la caldera y agregue las sustancias recomendadas por el consultor de tratamiento de agua. Cierre todas las válvulas y abra los interruptores eléctricos. Abra las puertas de los hogares y evite la corriente del aire por convección natural, a través de la caldera hasta donde sea posible, con el fin de evitar el incremento de humedad causado por el medio ambiente. Para períodos largos sin operación. Revise su manual de operación y consulte con el técnico en calderas para un procedimiento adecuado.

Si existe la posibilidad de que se congele el agua de la caldera o si su caldera está localizada en un clima seco, es preferible el método de almacenamiento “en seco”, para ello drene la caldera y abra todos los registros de hombre y de mano, coloque bandejas con un deshumedecedor en la parte alta de los tubos para absorber la humedad. Abra la tapa frontal de la caldera para evitar el tiro natural con aire húmedo a través de la caldera.

Cualquiera que sea el método que utilice, el sentido común dicta un período de revisión de las condiciones del lado del agua y del lado del fuego durante el período de “resguardo” con el fin de hacer variaciones en los métodos mencionados o en áreas especiales.

Para prevenir las condensaciones en el gabinete de control, conserve el circuito de control energizado.

2. Cuidados del lado del fuego.

a) Hogar, tubos y espejos.

Cuidadosamente revise (con ayuda de lámparas) las superficies del hogar y tubos expuestos al fuego, buscando evidencias de abolsamientos o marcas de cavidades, ya que esto podría indicar corrosión resultante de la condensación de la corriente de gases con formación de ácidos. Esta situación se puede solucionar de la siguiente manera:

1) Manteniendo una temperatura del agua en la caldera de 77ºC, con el propósito de evitar condensaciones de vapor de agua presentes en los gases de combustión (en calderas de agua caliente).

2) Ajuste los controles y el quemador, para que la unidad permanezca en la posición de encendido el mayor tiempo posible (frecuentes “recicleos” ayudan a generar la condensación).

3) Reduzca la alimentación de combustible, si la unidad es relativamente grande comparada con la

demanda real de vapor.

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b) Limpieza de tubos.

El hollín y los materiales no combustibles disminuyen la transferencia de calor (son aisladores efectivos) y reducen la eficiencia de la caldera. Algunas instrucciones de operación recomiendan limpiarlos dos veces por año, actualmente, una unidad con un buen diseño de quemador bien ajustado, podrá necesitar únicamente una limpieza de tubos al año.

Para ahorrar tiempo por inspección, instale un termómetro a la salida de los gases de la caldera (base de la chimenea). Si la temperatura de los gases de salida alcanza una temperatura mayor a la normal, significa que los tubos están sucios y será necesario limpiarlos. Si tiene fuertes y frecuentes hollinamientos puede ser indicativo de exceso de combustible y puede requerirse un ajuste en la relación aire-combustible.

Rayas blanquizcas o depósitos, podrían indicar esta condición, y será necesario una remandrilada (rolada). Si existe esta condición deberá ponerse en contacto con expertos en esta operación.

c) Empaques.

Realice una inspección visual de los empaques de las puertas y asegúrese de que se encuentran en buenas condiciones y que están correctamente afianzados. Para prevenir pérdidas de eficiencia, quemaduras de empaques y deformaciones de las puertas de acero, deberán ser efectivos los sellos del lado de los gases de combustión. Si sus empaques no le dan un sello hermético, reemplácelos.

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d) Refractario.

Al mismo tiempo que realice la revisión del lado del agua, revise el lado del fuego (mínimo una vez por año, y de ser posible dos veces por año que es lo más recomendable).

Abra las tapas de la caldera para que todo el refractario esté a la vista. Resane todas las superficies del refractario y rellene cualquier área que muestre destrucción o erosión. Reemplace los ladrillos que se encuentren rotos o que se hallan desprendido. Todas las calderas nuevas deberán de ser abiertas e inspeccionadas visualmente de la misma forma para detectar probables daños del transporte y maniobra.

3. Cuidados del quemador.

a) Controles de combustible.

Para determinar las necesidades de limpieza de tubos, limpieza de boquillas, ajustes de presión ajustes de carburación, etc.; el mejor método es mantener un registro diario (bitácora) de presión, temperatura y otros datos de manómetros y medidores. Variaciones de las condiciones normales pueden indicarle problemas y lo ayudarán a evitar serias dificultades.

En unidades para combustibles líquidos, una caída en la presión de aceite puede indicarle: colador tapado, válvula de regulación defectuosa, fugas en la línea de succión, etc. Un descenso en la temperatura del combustible puede indicarle anormalidades del control de temperatura o calentador defectuoso. En unidades de gas, una caída de presión de gas puede significar una caída de presión en la red de alimentación o anormalidades del regulador de presión.

Siempre, considere el rango de flama al hacer sus anotaciones en el registro. Un incremento en la temperatura de gases de la chimenea no siempre significa combustión pobre o anormalidades en el lado del fuego o del agua. La temperatura de dichos gases varía hasta en 55 ºc, por cinco minutos durante un cambio de carga. Los gases deberán ser claros, sin formaciones de niebla; gases nublados, brumosos, u obscuros, indican que el quemador debe de ser ajustado, la combustión puede ser muy rica, sin suficiente aire, mezcla defectuosa aire-combustible, etc.

Los mecanismos deberán de ser revisados periódicamente y visualmente comprobados para verificar desajustes o movimientos “bruscos” anormales. Las válvulas solenoides de operación de combustible, también deberán de ser inspeccionadas visualmente, observando la flama cuando la unidad deba cortar; si la flama no se corta en ese preciso instante, puede significar falla o desgaste de la válvula solenoide. Repare o reemplace la válvula para evitar problemas serios.

Las unidades de aceite requieren boquillas de repuesto limpias, esto; es igual que tomar un seguro para una buena operación continua. La frecuencia de limpieza es determinada por las características de su quemador y por su propia experiencia. Además; una buena planeación de un programa de mantenimiento preventivo es un camino recto a la seguridad y operación digna de confianza.

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Diagrama de flujo de aceite

4. Cuidados de los controles.

No haga suposiciones acerca de la operación de cualquier interruptor o control. Su manual de operación es una excelente guía de las funciones, cuidado, y ajuste de controles. Por lo tanto, una inspección visual de las condiciones de todos los interruptores puede evitarle serios problemas.

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a) Control de nivel de agua.

En calderas de vapor de alta y baja presión, la columna de agua y control de corte por bajo nivel de agua deben ser purgados diariamente. El control de corte por bajo nivel de agua en calderas de vapor, deberá ser revisado una vez por semana en condiciones reales de operación. Una forma práctica de revisar su control, es desconectando eléctricamente el interruptor de la bomba de agua de alimentación y permitir la evaporación del agua bajo condiciones normales de vaporización. Vea cuidadosamente el cristal de nivel y marque el punto en el cual la caldera corta por bajo nivel. Ésto le dará un punto de referencia para otras comprobaciones, y observe si el control de operación permanece igual o existe alguna diferencia; si está incorrecto, un control de repuesto puede ser lo indicado. En calderas de agua caliente, periódicamente inspeccione y compruebe el corte por bajo nivel, cortando intencionalmente la alimentación de agua. Cuando inspeccione el lado del agua por incrustaciones, lodos, etc., quite todos los tapones en los cruces de tuberías, antes de la columna de agua y corte por bajo nivel. Limpie y cepille con escobillón todas las materias extrañas; la presencia de grandes cantidades de lodos o suciedad le indican la necesidad de revisar su programa de tratamiento de agua o guía de purgas. Cabe mencionar que además, en ambas tapas de la caldera existe un dispositivo más de seguridad por bajo nivel de agua. Éste es un tapón fusible hecho de una aleación de estaño y latón y que se encuentra ubicado a una altura en la cual se dilata al tener contacto con la elevada temperatura del vapor, cuando se expande por toda el área vacía, y con la fuerza que ejerce la presión que existe dentro de la caldera, éste es expulsado, y comienza a salir el vapor por estos orificios. Todas las calderas deberán tener tres o más grifos de prueba para comprobación del nivel de agua, colocados a niveles visibles comprendidos entre los extremos visibles del cristal de nivel.

Columna de nivel de agua. Se montan en la parte lateral del cuerpo cilíndrico de la caldera. La parte alta del nivel de agua se pone en comunicación con la cámara de vapor del cuerpo cilíndrico de la caldera, y el otro extremo, con la de agua. Las columnas de nivel forman parte de un control automático de alimentación de agua. A. Nivel superior de agua: 57 mm (2 ¼”) arriba de la tuerca inferior. la bomba de alimentación de

agua para en este punto. Inicialmente llénese hasta este punto.

B. Nivel inferior de agua: 44 mm (1 ¾”) arriba de la tuerca inferior. La bomba de alimentación de agua arranca en este punto hasta restablecer el nivel de agua a 57 mm (2 ¼”).

C. Corte por bajo nivel: 32 mm (1 ¼”) arriba de la tuerca inferior. El quemador se debe apagar al llegar el nivel de agua en este punto.

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Costos de mantenimiento.

Costos de operación.

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COSTOS DE MANTENIMIENTO

CALDERA Características: El equipo referido en este estudio, es una caldera de 40 CC, con capacidad para generar 625.96 kg/h de vapor.

INTRODUCCIÓN Las calderas son recipientes cerrados con quemadores de gas o electricidad que calientan agua u otros líquidos para generar vapor. El vapor esta a presión y sobrecalentado, y se usa para generar electricidad, para calefacción, o para otros propósitos industriales. Aunque las calderas normalmente están equipadas con una válvula de relevo de presión, si la caldera no puede resistir la presión, la energía que contiene el vapor se libera instantáneamente. Esta combinación de metal explotando y vapor sobrecalentado pueden ser extremadamente peligrosos. Las calderas para mantener su rendimiento óptimo y la seguridad en su funcionamiento, deben recibir mantenimiento en periodos establecidos, dentro de este mantenimiento están incluidas las válvulas de relevo de presión que como norma deben ser parte de sus dispositivos de control. El mal funcionamiento de una caldera no necesariamente debe ser el mal funcionamiento de una válvula de relevo de presión, pero si debe ser el último dispositivo que debe fallar.

ANÁLISIS 1) El arreglo de la caldera, tiene cinco válvulas de relevo de presión, y considerando que el costo

promedio por reparación o mantenimiento de estas válvulas es de $ 3 500, con un costo anual total de $ 17 500, considerando que las válvulas deben recibir mantenimiento como mínimo una vez al año.

2) Deformación, desgaste, corrosión de las tuberías, o hasta el rompimiento de las mismas debido a reacciones electroquímicas, incrustación de sales o impurezas, y por conocimiento de las conexiones que tiene una caldera se estima un costo mínimo de reparación de $ 6 000.

3) Revisión de bombas y ventiladores, considerando que se utilizan dos personas para la revisión, y

que ocupan por lo menos 4 horas de una jornada, y que cada persona cuesta $ 37.5 hora/hombre que multiplicada por dos horas son $ 150 y multiplicada por dos, seria $ 150, mas posibles cambios de refacciones con un costo de $1 500, arroja un total de $ 1 800.

4) Falla o desajustes en los dispositivos de medición, provocada por permanentes cambios, tales

como; manómetros, termómetros, termostatos, presostatos, calorímetros, con costos de calibración de $ 1 000 c/u, y considerando que por lo menos tienen uno de cada uno, hace un costo total de $ 5 000.

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5) Reparación de válvulas de control de otro tipo (globo, retención, aguja, compuerta, macho), y considerando que tienen por lo menos una de cada tipo con un costo de reparación de $ 1 500 c/u, da un total de $ 7 500.

6) Revisión y limpieza de filtros de agua y aire, considerando que se utilizan dos personas para la

revisión, y que ocupan por lo menos 4 hora de una jornada, y que cada persona cuesta $ 37.5 hora/hombre que multiplicada por cuatro son $ 150 y multiplicada por dos, seria $ 300, mas posibles cambios de refacciones con un costo de $ 1 000, sería un total de $ 1 300.

7) Limpieza de conductos de humo de la caldera, considerando que se utilizan dos personas para

la revisión, y que ocupan por lo menos 8 horas de una jornada, y a cada persona le corresponde $ 37.5 hora/hombre que multiplicada por las 8 horas, son $ 300 y tomando en cuenta que son dos personas, seria $ 600.

8) Revisión del estado de aislamiento térmico, considerando que se utilizan dos personas para la

revisión, y que ocupan por lo menos 4 horas de una jornada, y que cada persona cuesta $ 37.5 hora/hombre que multiplicada por cuatro son $ 150 y multiplicada por dos, seria $ 300, mas posibles cambios de refacciones con un costo de $ 1 000, sería un total de $ 1 300.

9) Revisión del sistema de control automático, considerando que se utilizan dos personas para la

revisión, y que ocupan por lo menos 4 horas de una jornada, y que cada persona cuesta $ 37.5 hora/hombre que multiplicada por cuatro son $ 150 y multiplicada por dos, seria $ 300, mas posibles cambios de refacciones con un costo de $ 2 000, sería un total de $ 2 300.

COSTOS DE MANTENIMIENTO DE LA CALDERA

Concepto Periodo Costo Anual Válvulas de relvo de presión. Anual $ 17500

Tuberías Anual $ 6 000 Bombas y ventiladores Anual $ 1 800 Aparatos de medición Anual $ 5 000

Válvulas de control Anual $ 7 500 Filtros de agua y aire Anual $ 1 300 Conductos de humo Anual $ 600 Aislamiento térmico Anual $1 300 Sistemas de control Anual $ 2 300

Total $ 43 300

COMPRESOR

Características: El equipo referido es un compresor de bajo rendimiento con un motor de 2 caballos de fuerza que produce una presión de 7 kg/cm2 (100 psi).

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Análisis El compresor tiene un motor de 2 caballos de fuerza, y consta de una válvula de relevo de presión. 1) considerando que el costo promedio por reparación o mantenimiento de esta válvula es de $ 1 000

costo anual total, con un mantenimiento como mínimo una vez al año. 2) Deformación, desgaste, corrosión, fugas de las tuberías o hasta el rompimiento de las mismas

debido a oxidación, incrustación de impurezas o acumulación de presión, de acuerdo al conocimiento de las conexiones que tiene un compresor se estima un costo mínimo de reparación de $ 6 000.

3) Revisión de motor y ventiladores, considerando que se utilizan dos personas para la revisión, y que

ocupan por lo menos 4 hora de una jornada, y que cada persona cuesta $ 37.5 hora/hombre que multiplicada por cuatro horas son $ 150 y multiplicada por dos, seria $ 300, mas posibles cambios de refacciones con un costo de $1 500, sería un total de $ 1 800.

4) Falla o desajuste en los dispositivos de medición, provocada por permanentes cambios, tales

como; manómetro, termómetro, presostato, con costos de calibración de $ 1 000 c/u, y considerando que por lo menos tienen uno de cada uno, hace un costo total de $ 3 000.

5) Reparación de válvulas de control de otro tipo (globo, aguja, compuerta, macho), y considerando

que tienen por lo menos dos de cualquier tipo, con un costo de reparación de $ 1, 500 c/u, da un costo total de $ 3 000.

6) Revisión y limpieza de filtros de aire, considerando que se utilizan dos personas para la revisión, y

que ocupan por lo menos 4 horas de una jornada, y que cada persona cuesta $ 37.5 hora/hombre que multiplicada por cuatro son $ 150 y multiplicada por dos, seria $ 300, mas posibles cambios de refacciones con un costo de $ 1 000, sería un total de $ 1 300.

7) Revisión del sistema de control automático, considerando que se utilizan dos personas para la

revisión, y que ocupan por lo menos 8 hora de una jornada, y que cada persona cuesta $ 37.5 hora/hombre que multiplicada por ocho son $ 300 y multiplicada por dos, seria $ 600, mas posibles cambios de refacciones con un costo de $ 2 000, sería un total de $ 2 600.

Costo de mantenimiento del compresor

Concepto Periodo Costo Anual Válvula de relevo de presión Anual $ 1 000

Tuberías Anual $ 6 000 Motor y ventilador Anual $ 1 800

Aparatos de medición Anual $ 3 000 Válvulas de control Anual $ 3 000

Filtros de aire Anual $ 1 300 Sistemas de control Anual $ 2 600

Total $ 18 700

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COSTOS DE OPERACIÓN

Análisis

1. Consumo de combustible de 41.93 ℓ/h, con un costo de $ 7.38 el litro de combustible. Dando como

resultado un costo de $ 309.45 por hora de funcionamiento de la caldera.

2. El consumo de agua de alimentación a la caldera es de 60 ℓ/min que equivalen a 3.6 m3/h, con un valor de $ 26.4 cada m3 de agua tratada.

3. Para la operación de la caldera son necesarios los siguientes requerimientos eléctricos:

Motor Potencia Compresor 2 hp

Bomba de agua 2 hp Ventilador 2 hp

Bomba de combustible 1/3 hp

Ahora bien, es importante considerar que 1 hp es equivalente a 746 W, y que el costo por cada KW-h de energía consumida es de $ 1.40. Por consiguiente, los motores de 2 hp, consumirán 1492 W, es decir 1.492 KW, y durante una hora de funcionamiento redundan en un costo de $ 2.10 c/u. En tanto que el motor de 1/3 hp consume 349 W, igual a 0.349 KW, que dan un costo de consumo de energía durante una hora de $ 0.40 aproximadamente.

Concepto Valor ($) Costo del combustible 309.45 Valor m3 de agua tratada suministrada 95.05 Costo de energía del compresor 2.10 Costo de energía para bombeo de agua 2.10 Costo de energía para aire de combustión 2.10 Costo de energía para bombeo de combustible 0.40 Costos de Btu/h perdidos en combustión (15 %) 46.40 Costo de almacenamiento de combustible (15 días - 4.5% de interés mensual) 11.40 Valor hora/hombre de operación y mantenimiento 37.50 Total costo de producción por hora con fuel oil N° 2 (ACPM) 495.1

NOTA: Las cantidades monetarias expresadas en el presente capitulo, son en pesos mexicanos.

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CONCLUSIONES

Las calderas de vapor de agua se han convertido en la actualidad en una herramienta necesaria en la industria moderna, empleadas con frecuencia en la industria textil, hospitales, hoteles, tintorerías e incluso en termoeléctricas, y necesitan de operarios calificados física y mentalmente, dada la responsabilidad que entraña la explotación de estos equipos. Los sistemas de generación de vapor son muy importantes, y su mantenimiento es casi siempre descuidado, desafortunadamente, ni el equipo de mantenimiento, ni los propietarios de los negocios, se preocupan por encontrar las oportunidades de eficiencia energética, ni tampoco cumplen con el entrenamiento suficiente para implementar soluciones, por lo que no pueden reconocer la importancia que tiene el vapor como un proceso de negocio y comúnmente olvidan la eficiencia energética en los sistemas de generación y distribución de vapor, y el resultado es, energía y dinero tirados a la basura. Una avería en una caldera de vapor de agua puede provocar no sólo un accidente de gran envergadura con la consabida afectación a la productividad, las instalaciones, el medio ambiente y a terceras personas, sino también a la salud o a la propia vida del trabajador que la opera. Existen factores físicos de riesgo que son inherentes a un generador de vapor: el ruido y la irradiación de calor; pero también están los generados por la condiciones estructurales de deterioro de la instalación y por las deficiencias en la organización del trabajo. Es esta la razón que obliga a considerar dentro de las medidas para evitar los riesgos, tener en cuenta el factor humano, instalando las calderas con personal calificado, empleando operarios aptos física y psíquicamente; calificándolos y recalificándolos periódicamente. Se recomienda que cada vez que se realice mantenimiento de la caldera, incluyendo limpieza, ajuste y calibración de la combustión, se vuelvan a tomar los datos necesarios en un tiempo no inferior a 15 días, para generar un nuevo periodo base; se lleve un registro diario de operación de la caldera, en el que, se consignen las condiciones de operación de la caldera, permitiendo conocer diariamente, cual fue el consumo de combustible y el vapor producido, por lo cual al realizar este tipo de balance pueda ser fácilmente materializado. Los datos medidos y la correlación entre ellos, una vez hecho el filtrado, resultarán muy satisfactorios, lo cual hace pensar que las observaciones que se puedan hacer al sistema para su mejora, resulten con un alto grado de credibilidad. La aplicación de este método permite ahorrar dinero y detectar a tiempo ineficiencias operativas, sin dejar que se acumule el gasto, hasta que la disponibilidad del equipo permita una parada para reparación.

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El Código ASME 2007 para Calderas y Recipientes bajo Presión (BPVC, por sus siglas en inglés) es reconocido internacionalmente como la principal fuente que contiene a detalle los últimos lineamientos de seguridad para el diseño, fabricación, mantenimiento e inspección de calderas y recipientes a presión. Desde 1914, ASME ha definido las normas y especificaciones necesarias para garantizar la seguridad de los individuos que trabajan o están relacionados con calderas y recipientes bajo presión. La NOM-020-STPS-2002, en las condiciones mínimas de seguridad de los equipos requiere al patrón la elaboración de procedimientos impresos en idioma español, que incluyan al menos las medidas de seguridad y los datos e información documental, ya sea por equipo, o de aplicación común. Este procedimiento se elaboró con la finalidad de generalizar lo más ampliamente posible su utilidad para calderas del tipo tubos de humo de la marca Cleaver Brooks; así como también, sirva como un documento de apoyo para la puesta en marcha, operación y mantenimiento de cualquier otra marca y tipo de caldera.

El operar un sistema de vapor en forma eficiente, no únicamente ahorra dinero a los negocios a través de reducir el consumo de combustible, sino que también hace que se alcance un mejor servicio en todas las áreas requeridas y un lugar de trabajo más seguro.

El mantenimiento no es una función "miscelánea", produce un bien real, que puede resumirse en: “la capacidad de producir con calidad, seguridad y rentabilidad”. Para nadie es un secreto la exigencia que plantea una economía globalizada, mercados altamente competitivos y un entorno variable donde la velocidad de cambio sobrepasa en mucho nuestra capacidad de respuesta. En este panorama estamos inmersos y vale la pena considerar algunas posibilidades que siempre han estado pero ahora cobran mayor relevancia. Particularmente, la imperativa necesidad de redimensionar la empresa implica para el mantenimiento, y operación, retos y oportunidades que merecen ser valorados.

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APÉNDICE A

REGLAMENTO DE APARATOS A PRESIÓN

Artículo 26. Calificación de los operadores.   Los operadores encargados de vigilar, supervisar, conducir y mantener cualquier caldera incluida dentro de la presente instrucción, estarán al corriente del funcionamiento de la misma y serán conscientes de los peligros que puede ocasionar una falsa maniobra, así como un mal entrenamiento o una mala conducción. Con dicho objeto se exigirá de los operadores de las calderas en las que P*V > 50 (P y V calculados según se indica en el art. 7), la posesión de un carnet que acredite sus conocimientos y responsabilidad frente al funcionamiento de la caldera, así como la parte del presente reglamento que pueda afectarles. Estos carnets de operador industrial de calderas serán expedidos por las delegaciones correspondientes, previo examen, en el que acrediten los conocimientos antes citados. Los mencionados operadores de calderas con un P*V > 50 dispondrán obligatoriamente de este carnet y deberán presentarlo a cualquier Inspector de aquellas delegaciones que, en una visita a la sala de calderas, así lo requiriese. Los operadores de calderas con un P*V > 50 serán instruidos en la conducción de las mismas por el fabricante, el instalador o por el usuario, si dispone de técnico competente. Este extremo, con el nombre de operador de la caldera, se hará constar en el libro-registro del usuario.

Artículo 27. Obligaciones del fabricante y del usuario.   El fabricante de la caldera deberá enviar al usuario de la misma un cuaderno de instrucciones concernientes a:

o Funcionamiento de la caldera y sus accesorios.

o Funcionamiento del quemador y sus accesorios.

o Trabajos de entrenamiento y frecuencia de los mismos.

o Instrucciones de operaciones de la caldera, quemador y sus accesorios.

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Además facilitará un libro-registro del usuario en el que constarán la identificación y características principales de la caldera.

El usuario de la caldera cuidará de lo siguiente:

a) Que la caldera tenga un tratamiento de agua, norma UNE 9-075, apropiado a sus necesidades. b) Que el personal encargado de la operación de la caldera sea debidamente instruido de acuerdo con

lo indicado en el artículo anterior, y si la caldera es de P*V > 50, que posea el carnet correspondiente.

c) Legalizar ante la Delegación correspondiente, el libro-registro del usuario de la caldera y anotar en el mismo cuantas operaciones de timbrado, mantenimiento y reparación se efectúen en la caldera, así como el resultado de las revisiones anuales previstas en esta I.T.C.

d) Que se efectúen a su debido tiempo las revisiones y pruebas periódicas previstas en esta I.T.C. En la sala de calderas y a disposición del operador de la caldera, figurará un libro en el que se anotarán diariamente las operaciones efectuadas para el control de las seguridades así como la hora en que tuvieron lugar. En cada sala de calderas, y fijadas de un modo bien visible, figurarán las principales instrucciones de empleo del conjunto caldera-quemador, con indicación específica del tipo de combustible a emplear. Igualmente en la sala de calderas, y a disposición del personal encargado de la misma, se encontrará:

o Manual de instrucciones de la caldera.

o Manual de instrucciones del equipo de combustión.

o Manual de instrucciones del tratamiento de agua.

o Instrucciones y condiciones requeridas por la Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo.

o Datos obtenidos en el protocolo de puesta en marcha.

o Prescripciones del Organismo nacional para la contaminación atmosférica.

o Dirección del servicio técnico competente más cercano para la asistencia de la caldera y quemador.

o Dirección del servicio contra incendios más próximo.

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APÉNDICE B

NOM-020-STPS-2002 RECIPIENTES SUJETOS A PRESION Y CALDERAS OBLIGACIONES

5. Obligaciones del patrón 5.1 Mostrar a la Autoridad del Trabajo, cuando ésta se lo solicite, los documentos que la presente Norma le obligue a elaborar o a poseer, incluyendo la autorización de funcionamiento de aquellos equipos que la requieran. 5.2 Presentar a la Secretaría, bajo protesta de decir verdad, la documentación e información para obtener la autorización de funcionamiento y mantenerla vigente, con el número de control asignado según lo establecido en el capítulo 8 y, en su caso, para notificar la baja de los equipos que cuenten con número de control otorgado por la Secretaría. 5.3 Contar con un listado de todos los equipos que se encuentren instalados en el centro de trabajo, no importando si requieren o no de la autorización de funcionamiento. Dicho listado debe contener al menos la siguiente información por equipo:

a) Nombre genérico del equipo. b) Nombre o número de identificación del equipo. c) Número de serie del fabricante, y fecha de fabricación, cuando exista. d) Número de control asignado por la Secretaría, cuando así corresponda. e) Presión de operación. f) Fluidos manejados en el equipo. g) Superficie de calefacción o capacidad volumétrica, la que aplique. h) Lugar en donde se ubica el equipo físicamente dentro del centro de trabajo.

5.4 Demostrar ante la autoridad del trabajo o ante la UV, según aplique, la seguridad de los equipos que requieran de autorización de funcionamiento y la confiabilidad de sus dispositivos de seguridad. Las pruebas que, en su caso, se practiquen a los equipos y a sus dispositivos de seguridad, deben ser realizadas por personal capacitado, asignado o contratado por el patrón, para lo cual éste debe implementar las medidas de seguridad necesarias. Ejemplos de dichas medidas son: que no haya personas expuestas en caso de una falla en el equipo, equipo de protección personal requerido, pisos libres de grasa y/o agua, servicios médicos disponibles durante el desarrollo de las pruebas, entre otros, según aplique. 5.5 Contar, para todos los equipos que no requieran de la autorización de funcionamiento, con las condiciones mínimas de seguridad. 5.6 Cada uno de los equipos que se encuentren en funcionamiento en el centro de trabajo deben tener una etiqueta, placa, marcado por golpe o similar, con el nombre del equipo o número de identificación, utilizando los medios apropiados para no dañar las paredes expuestas a presión. Dicha identificación debe estar relacionada en el listado a que se refiere el apartado 5.3. 5.7 Contar con personal capacitado con base en los procedimientos para la operación, mantenimiento o reparación de los equipos. 5.8 Notificar a la Delegación, por escrito, cuando los equipos que cuenten con autorización de funcionamiento dejen de operar definitivamente en el centro de trabajo o cambien de localización dentro del propio domicilio.

6. Obligaciones de los trabajadores 6.1 Participar en la capacitación y adiestramiento que el patrón proporcione para el funcionamiento de los equipos. 6.2 Operar, revisar y dar mantenimiento a los equipos, de conformidad con la capacitación otorgada por el patrón. 6.3 Notificar al patrón las anomalías y condiciones inseguras de funcionamiento de los equipos, aunque las hayan subsanado por sí mismos.

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APÉNDICE C

NOM-020-STPS-2002 RECIPIENTES SUJETOS A PRESION Y CALDERAS OBLIGACIONES

CONDICIONES MÍNIMAS DE SEGURIDAD DE LOS EQUIPOS

7.1 Condiciones físicas y operativas.

7.1.1 Los equipos ubicados cerca de pasillos de tránsito de vehículos o maniobras, deben ser resguardados contra golpes o impactos, acorde con las características de los vehículos que por esa zona circulen. 7.1.2 El sistema de soporte de los equipos debe mantenerse en condiciones tales que no afecten la operación segura del equipo, considerando, según se requiera, medidas contra la corrosión, degradación, inestabilidad, vibraciones y nivelación. 7.1.3 Los equipos deben disponer de los espacios libres necesarios para las actividades de operación, mantenimiento y revisión. 7.1.4 Los equipos que operen a temperaturas extremas deben estar protegidos y, en caso de posible contacto con personas, señalizados de conformidad con lo establecido en la NOM-026-STPS-1998. 7.1.5 Los equipos deben contar con aparatos auxiliares, cuando aplique, instrumentos de medición de presión y dispositivos de seguridad, de acuerdo con lo siguiente: a) El rango de los instrumentos de medición de presión debe abarcar entre 1.5 y 4 veces la presión

normal de operación; b) Los instrumentos de medición de presión, aparatos auxiliares y dispositivos de seguridad deben

estar sujetos a programas de revisión y mantenimiento y, en su caso, de calibración; c) El punto de ajuste de los dispositivos de seguridad y de alivio de presión, debe estar de acuerdo

con los requisitos para la operación segura del equipo, tomando en cuenta que, en ningún caso, será mayor a la máxima presión de trabajo permitida.

7.1.6 Los aparatos auxiliares de las calderas o generadores de vapor, deben mantenerse en condiciones seguras de operación. 7.1.7 El desahogo de los fluidos a través de las válvulas de seguridad en los equipos, debe dirigirse a un lugar donde no dañe a trabajadores ni al centro de trabajo.

7.2 Condiciones documentales. 7.2.1 Se debe contar con los procedimientos impresos en idioma español (ya sea por equipo o de aplicación común), que incluyan al menos las medidas de seguridad y los datos e información documental siguientes:

a. De operación, para:

4. El arranque y paro seguro de los equipos. 5. La atención de emergencias. 6. La capacitación y adiestramiento requeridos por el personal operador. 7. El uso de los instrumentos de medición. 8. Los valores de los límites seguros de operación y los transitorios relevantes. 9. El registro de las actividades. 10. La conservación de esta información.

b. De mantenimiento, para:

1. Definir la periodicidad y el alcance del mantenimiento preventivo. 2. La capacitación y adiestramiento requerido del personal designado para efectuarlo.

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3. El uso de instrumentos de medición. 4. Implementar las medidas de seguridad de las actividades de reparación y mantenimiento. 5. El registro y su conservación, de las actividades realizadas.

c. De revisión, para:

1. Los requisitos de seguridad en el acceso a los equipos, cuando aplique. 2. La frecuencia de las revisiones. 3. La capacitación y adiestramiento requeridos del personal que realice la revisiones. 4. El uso de instrumentos de medición en las actividades de revisión. 5. Registrar los reportes de resultados de las revisiones. 6. La conservación de ésta información.

7.2.2 La siguiente información puede estar en el certificado de fabricación, o en un documento respaldado por un ingeniero mediante su nombre, firma y anexando copia de su cédula profesional:

a) Presión y temperatura de diseño y de operación. b) Presión de trabajo máxima permitida. c) Dispositivos de seguridad (presión de calibración, área de desfogue y ubicación). d) Capacidad volumétrica, para recipientes sujetos a presión y recipientes criogénicos. e) Capacidad generativa, para calderas. f) Fluidos manejados.

g) Especificaciones de los materiales de las paredes sujetas a presión (designación y esfuerzo a la tensión).

h) Normativa o código de construcción aplicable. Nota: Las especificaciones técnicas de los incisos b), c), d), e) y g) deben tener respaldo en cálculos o tablas de la normativa, o del código de construcción aplicable, basados en las condiciones de diseño o de servicio del equipo.

7.2.3 Dibujos o planos de los equipos, que al menos contengan: a) Cortes principales del equipo. b) Detalles relevantes (ubicación de boquillas, por ejemplo). c) Acotaciones básicas (espesores, diámetros, longitudes, entre otras). d) Arreglo básico del sistema de soporte.

Nota: Los dibujos, planos o documentos deben estar avalados por el fabricante o constructor del equipo, o por un responsable técnico designado por el patrón. Si existe la necesidad de generar dibujos, planos o documentos nuevos por carecer de los de fabricación, el responsable técnico que los avale debe ser un profesional con experiencia en el área de diseño, mantenimiento o inspección de los equipos. La información presentada debe incluir la condición actual del equipo, y las modificaciones efectuadas deben estar avaladas como se indica, ya sea en documentos separados o en una revisión del dibujo, plano o documento.

7.2.4 Registros de: a) Operación; b) Mantenimiento; c) Revisiones.

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APÉNDICE D

NOM-020-STPS-2002 RECIPIENTES SUJETOS A PRESION Y CALDERAS

INSPECCIONES

11.1 En una visita de inspección inicial o extraordinaria, practicada con el fin de otorgar, en su caso, la autorización de funcionamiento o la ampliación de la vigencia de la autorización de funcionamiento para cada equipo, para que sea considerada como satisfactoria, el inspector verificará:

a) Que se cuente con las condiciones mínimas de seguridad a que se refiere el capítulo 7. b) Que el equipo cuente con el nombre o número de identificación.

c) Que el personal que lo opere o le dé mantenimiento haya sido capacitado con base en los procedimientos a que se refiere el apartado 7.2.1.

d) En su caso, que el patrón cuente con la autorización de métodos alternativos, con la documentación correspondiente para su desarrollo y con el equipo preparado para probarlo.

e) Que el patrón demuestre la seguridad del equipo y la confiabilidad de sus dispositivos de seguridad, con base en las opciones seleccionadas en el bloque 6 del formato N-020.

11.2 En el acta de inspección en que se otorgue la autorización de funcionamiento o su ampliación, el inspector además de asentar que constató que el equipo cumple con los requerimientos que establece la presente Norma, debe anotar la opción que eligió el patrón para demostrar la seguridad tanto del equipo como la de sus dispositivos de seguridad. 11.3 Para recipientes criogénicos, en una visita de inspección inicial o extraordinaria, se deben verificar los capítulos 7, 9 y 10. 11.4 Si el resultado de cualquier visita de inspección es no satisfactorio, el inspector requerirá que se corrijan las deficiencias detectadas, lo asentará en el acta de inspección correspondiente, estableciendo un plazo máximo de 30 días naturales para su cumplimiento. Cuando no sea posible corregir las deficiencias detectadas, el inspector asentará en el acta de inspección que dicho documento no constituye la autorización de funcionamiento o, en su caso, que no constituye la ampliación de la autorización de funcionamiento, colocará sobre los equipos, según aplique, las leyendas a que se refieren los apartados 11.6 y 11.7, y asentará en el acta que el patrón debe notificar la baja del equipo a la Delegación, en un plazo no mayor de 15 días naturales posteriores al cierre del acta. Si el inspector coloca las leyendas a que se refieren los apartados 11.6 u 11.7, éstas sólo podrán ser retiradas por la autoridad del trabajo, siempre y cuando se demuestre que el equipo ha sido reparado y reúne las condiciones de seguridad. 11.5 En una visita de inspección practicada con objeto de comprobar el cumplimiento de la presente Norma en un centro de trabajo, para que se considere satisfactoria, el inspector verificará que se cumpla con lo siguiente:

a) Que todos los equipos que se encuentren en funcionamiento en el centro de trabajo estén relacionados en un listado, con la información a que se refiere el apartado 5.4.

b) Que todos los equipos que se encuentren en funcionamiento en el centro de trabajo cuenten con el nombre o número de identificación.

c) Que los equipos que requieren de la autorización de funcionamiento, cuenten con ella o con el permiso provisional.

d) Que todos y cada uno de los equipos que requieren de la autorización de funcionamiento, cumplan con las condiciones mínimas de seguridad a que se refiere el capítulo 7.

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e) Que los equipos que no requieren de la autorización de funcionamiento cuenten con las condiciones mínimas de seguridad a que se refieren los apartados del 7.1.1 al 7.1.7.

f) Que el personal que opere o dé mantenimiento a los equipos, cuente con la capacitación con base en los procedimientos a que se refiere el apartado 7.2.1.

11.6 Cuando en cualquier visita de inspección se detecten equipos que no reúnan las condiciones de seguridad que establece esta Norma o se detecten equipos que requiriendo de la autorización de funcionamiento no cuenten con ella o con la autorización provisional, el inspector debe hacerlo del conocimiento del patrón y de la comisión de seguridad e higiene del centro de trabajo, dejar asentado el hecho en el acta correspondiente y colocar sobre los equipos un aviso con la leyenda siguiente:

ATENCION

EQUIPO NO AUTORIZADO PARA SU FUNCIONAMIENTO

Secretaría del Trabajo y Previsión Social

Delegación Federal del Trabajo en el Estado de __________

La operación del presente equipo queda bajo la exclusiva responsabilidad del patrón. La Secretaría no autoriza su funcionamiento. Esta medida se toma de acuerdo al contenido del acta No.______ de fecha________ con fundamento en los artículos 32 y 34 del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo.

En caso de que el patrón no cumpla con lo ordenado por el inspector, en relación a las deficiencias encontradas, se le considerará reincidente, procediendo conforme a lo que señala el artículo 512-D de la Ley Federal del Trabajo y se ordenará la baja definitiva del equipo, sin perjuicio de lo señalado en el artículo 164 del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo. 11.7 Cuando en cualquier visita de inspección se detecten condiciones de riesgo inminente de un equipo, el inspector debe hacerlo del conocimiento del patrón y de la comisión de seguridad e higiene del centro de trabajo, dejar asentado el hecho en el acta correspondiente y colocar sobre los equipos un aviso con la leyenda siguiente:

PELIGRO

EQUIPO NO AUTORIZADO PARA SU FUNCIONAMIENTO Y CON RIESGO INMINENTE

Secretaría del Trabajo y Previsión Social

Delegación Federal del Trabajo en el Estado de __________

La operación del presente equipo queda bajo la exclusiva responsabilidad del patrón.

La Secretaría no autoriza su funcionamiento. Esta medida se toma de acuerdo al contenido del acta No.______ de fecha________ con fundamento en los artículos 32 y 34 del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo.

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APÉNDICE E

Formato N-020 SOLICITUD/AVISO Bloque 1 Tipo de trámite:

Solicitud de autorización de funcionamiento Aviso de funcionamiento (con participación de UV) Solicitud de ampliación de la vigencia No. de control S.T.P.S. __________________ Aviso de ampliación de la vigencia (con participación de UV) No. de control S.T.P.S. __________________

Bloque 2 Datos del patrón: Nombre, razón o denominación social___________________________________________________________________ Domicilio completo del centro de trabajo en donde se ubica el equipo:

Bloque 3 Identificación del equipo: Nombre o número de identificación:_____________________________________________________________________Número de serie:___________________________________________________________________________________ Ubicación física del equipo en el centro de trabajo (área, planta):_____________________________________________ Tipo y uso:

Bloque 4 Especificaciones técnicas del equipo: Fabricante, lugar y año de fabricación___________________________________________________________________ Código principal de diseño y fabricación_________________________________________________________________ Presión de diseño __________________________________________________________________________________ Presión de operación________________________________________________________________________________ Presión máxima de trabajo permitida ___________________________________________________________________ Temperatura de diseño ______________________________________________________________________________ Temperatura de operación ___________________________________________________________________________ Capacidad volumétrica (para recipientes)________________________________________________________________ Superficie de calefacción (para calderas)_______________________________________________________________ Número y tipos de dispositivos de seguridad (con presiones de calibración) ____________________________________

Bloque 5 Condiciones del equipo: Nuevo En operación Años _________ De uso Años _________

Bloque 6 Demostración de la seguridad del equipo: Del recipiente: Prueba de presión (apartado 9.1) precisar_____________________ Exámenes no destructivos (apartado 9.2) Expediente de integridad mecánica (apartado 9.3) Método alternativo (se debe anexar la documentación a que se refiere el apartado 9.4) Del dispositivo de seguridad: Pruebas de funcionamiento (apartado 9.5) Demostración documental (apartado 9.6)

Bloque 7 Representación legal: Nombre y firma fecha ___________________________________________________________________________________

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APÉNDICE F

REGISTRO ESTATAL DE TRÁMITES EMPRESARIALES

REQUISITOS PARA EL REGISTRO DE BITÁCORAS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE EQUIPOS GENERADORES O DE CONTROL DE EMISIONES CONTAMINANTES A LA

ATMÓSFERA

• Una carátula que indique la razón social completa de su representada, la ubicación exacta de la

misma (calle, número, colonia, código postal y municipio), nombre y firma del representante legal, así como el número y fecha de la Licencia de Funcionamiento otorgada por parte de la Secretaría del Medio Ambiente.

• La bitácora deberá incluir la siguiente leyenda: “Esta bitácora contiene el registro de las variables a revisar y controlar para la operación y mantenimiento del equipo generador de emisiones a la atmósfera”.

• Una portada que indique que la bitácora es empleada para el registro de la operación y

mantenimiento, el nombre completo del equipo y las especificaciones técnicas del mismo. • Un croquis del interior de la empresa donde se señale la ubicación del equipo. • Un apartado sobre instrucciones de llenado de bitácora que contenga: El objetivo del llenado de

la bitácora, un listado de las variables a considerar especificando el significado de cada una de ellas, así como su nomenclatura, unidades y simbología de las mismas.

• Un ejemplo de llenado de la bitácora.

• Un formato diseñado por el usuario que contenga los parámetros o variables a supervisar de

acuerdo a la actividad realizada por la fuente emisora y a la experiencia del usuario, sin olvidar información básica como: hora de arranque, tiempo de operación, nombre y firma del responsable del llenado de la bitácora entre otras.

• Un apartado donde se cuente con un formato específico para el registro del mantenimiento

preventivo y correctivo de la fuente emisora. • La bitácora deberá contener un apartado para el registro de la evaluación de emisiones de acuerdo

a la periodicidad establecida en su Licencia de Funcionamiento, dicho apartado contendrá: fecha de la evaluación, nombre y firma del laboratorio, en forma de tabla los parámetros a evaluar, los resultados obtenidos así como los valores máximos establecidos en la norma.

• Finalmente se le recomienda que se presente una bitácora por equipo o área de proceso y que estas

sean del tipo Lefort con pasta gruesa y folio en la esquina superior derecha de todas las hojas.

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APÉNDICE G

NOM-028-STPS-1994 de Seguridad.

Código de colores para la identificación de fluidos conducidos en tuberías

Todas las tuberías que conduzcan fluidos deben ser identificadas con el color básico, con el color de seguridad (en el caso de fluidos peligrosos) y con la información complementaria.

Color básico. Color que se utiliza para identificar el tipo de fluido. Color de seguridad. Color con que se indica la peligrosidad o uso del fluido. Información complementaria. La información complementaria comprende una mayor información acerca de la naturaleza, características del fluido y precauciones relativas al proceso.

Colores básicos

Color Fluido que conduce Verde Agua

Gris plateado Vapor Café Combustibles líquidos, aceites minerales, vegetales y

animales. Amarillo ocre Gases licuados o en estado gaseoso (excepto aire)

Violeta Ácidos y álcalis Azul Aire

Negro Otros líquidos (excepto agua) Nota: Cuando se utilice el color negro siempre debe emplearse la información complementaria, indicando claramente el nombre completo de la sustancia que se maneja. La forma de aplicar el color básico puede ser cualquiera de las siguientes opciones:

• Pintar la tubería en todo lo largo.

• Pintar la tubería con bandas de 150 mm de longitud como mínimo, e incrementar esta medida dependiendo del diámetro de la tubería, de tal forma que sean claramente visibles.

Ubicación de las bandas de identificación. Las bandas se ubicarán en ambos lados de las conexiones, bridas, unión de soldadura, válvulas, accesorios, cambios de dirección, penetración y salidas de pisos y paredes, así como en aquellos otros lugares en donde la identificación de los fluidos es necesaria. Las válvulas pueden pintarse del color básico, con la siguiente excepción: al usar el color rojo de seguridad en tuberías de agua o vapor para extinción de incendio, las válvulas deben pintarse de rojo.

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Colores de seguridad

Color Función Rojo Para combatir incendios

Amarillo con franjas diagonales negras Para advertir peligro Azul Auxiliar para identificar agua potable

Aplicación del color de seguridad. Pintar en bandas de por lo menos 100 mm de longitud sobre el color básico de identificación, en el caso de que la tubería esté totalmente pintada. Pintar en una banda de 100 mm de longitud mínima, entre dos bandas de color básico de 150 mm de longitud mínima cada una, en el caso de que la tubería no esté completamente pintada.

Información complementaria.

La información complementaria debe ser de color blanco o negro (excepto los símbolos de seguridad) para contrastar claramente con el color de la tubería o con el color básico (ejemplo de información: agua para calderas). Nota: La información adicional solo es obligatoria para el color básico negro, aunque se recomienda ponerla en todos los casos. La información complementaria podrá ubicarse en una etiqueta, placa o letrero fijado a la tubería, junto a las franjas de color básico o pintada sobre el color básico.

Dirección del flujo.

La dirección del flujo del fluido debe indicarse con una flecha situada próxima a las franjas de color básico. Esta flecha se pintará directamente sobre la tubería, en color blanco o negro, para contrastar claramente con el color de la misma o con las franjas de color básico, y podrá integrarse a las etiquetas, placas o letreros..

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BIBLIOGRAFÍA

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Norma oficial mexicana NOM-020-STPS-2002, recipientes sujetos a presión y calderas;

Funcionamiento y condiciones de seguridad.

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Severns, M. S.; La producción de energía mediante el vapor de agua, el aire, y los gases. Edit.

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Reglamento de Aparatos a Presión (artículo 26 y 27).

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