CALDERAS

1) Calderas de agua caliente (humotubular y acuatubulares)

2) Cañerías-Radiadores-Vasos de expansión-Válvulas

3) Quemadores a gas y a líquido

4) Bombas de circulación de agua caliente (dimensionamiento)

5) Radiadores –Losa radiante

6) Calderas a vapor

7) Mantenimiento, preventivo y correctivo

Calderas humotubulares

En estas calderas son los humos los que circulan por dentro de tubos, mientras que el agua se calienta y evapora en el exterior de ellos. Todo este sistema está contenido dentro de un gran cilindro que envuelve el cuerpo de presión. Los humos salen de la caldera a temperaturas superiores a 70 C de forma que se evita la condensación del vapor de agua que contienen, evitando así problemas de formación de ácidos y de corrosión de la caldera. Al evacuar los humos calientes, se producen pérdidas de energía con la consiguiente bajada del rendimiento de la caldera.

La caja de humos (colector de humos), es la parte de la caldera donde confluyen los gases de la combustión en su recorrido final, que mediante un tramo de conexión se conducen a la chimenea.

Calderas acuotubulares

Por dentro de tubos circula el agua y la mezcla de agua y vapor. Por fuera, generalmente en flujo cruzado, intercambian calor los humos productos de la combustión. En este tipo de calderas además el hogar (recinto donde se produce la combustión) está conformado por paredes de tubos de agua. En ellas el intercambio es básicamente por radiación desde la llama. En este tipo de calderas es el agua o fluido térmico que se pretende calentar, es la que circula por el interior de los tubos que conforman la cámara de combustión y que están inmersos entre los gases o llamas producidas por la combustión. El vapor o agua caliente se genera dentro de estos tubos. Existen dos tipos de agrupaciones de tubos, de subida y de bajada que se comunican entre sí en dos domos.

Calderas pirotubulares

En este tipo de caldera el humo caliente procedente del hogar circular por el interior de los tubos gases, cambiando de sentido en su trayectoria, hasta salir por la chimenea. El calor liberado en el proceso de combustión es transferido a través de las paredes de los tubos al agua que los rodea, quedando todo el conjunto encerrado dentro de una envolvente o carcasa convenientemente calorifugada. A través de este recorrido, el humo, ceden gran parte de su calor al agua, vaporizándose parte de esta agua y acumulándose en la parte superior del cuerpo en forma de vapor saturado. Esta vaporización parcial del agua es la que provoca el aumento de la presión del interior del recipiente y su visualización en el manómetro. Su rendimiento global esperado a lo largo de su vida útil no supera el 65% en el mejor de los casos. Este tipo de generadores, por su diseño no admiten presiones de trabajo elevadas, más allá de las dos o tres atmósferas; son de construcción sencilla y disponen de moderada superficie de intercambio, por lo no se utilizan para elevadas producciones de vapor. Son en compensación, muy económicos en costo y de instalación sencilla, por lo que su utilización actual primordial es para calefacción y producción de vapor para usos industriales.

Clasificación de acuerdo a la circulación del agua dentro de la caldera Es una clasificación que tiene sentido en las calderas acuotubulares, en las humotubulares la circulación del agua en el interior es siempre por convección natural. Circulación natural.

La circulación del agua y de la mezcla agua-vapor ocurre naturalmente debido a la diferencia de densidades entre el agua más fría y la mezcla de agua- vapor (efecto sifón). Implica entonces tener un circuito cerrado por donde circula el agua y una diferencia de altura apreciable entre las partes altas y bajas del equipo. Los generadores chicos, los de potencia mediana y una buena parte de los grandes generadores de vapor son de circulación natural.

Circulación asistida

En este caso la circulación natural en los tubos de la caldera es complementada por bombas instaladas en el circuito. En este caso también la caldera consiste en un circuito cerrado, pero permite construcciones más compactas incluso con tubos inclinados. Se utiliza en aquellos caso en que la diferencia entre las densidades del fluído frío y del caliente no es demasiado grande, típicamente para presiones superiores a los 140-160 bar. Brindan una respuesta más rápida ante variaciones en la demanda de vapor que los de circulación natural, pero las bombas trabajan con agua caliente y a altas presiones, son mas costosas y requieren importantes mantenimientos. En general se debe instalar un sistema de respaldo para evitar la parada de toda la caldera por salida de servicio de la bomba. Circulación forzada.

Este tipo de calderas tiene una concepción distinta, se trata de un circuito abierto y no cerrado. La bomba impulsa el agua a través de una primer superficie de intercambio donde se precalienta, luego pasa a un segundo intercambiador donde se vaporiza y luego, en algunos casos, pasa a un tercer intercambiador donde se sobrecalienta. A diferencia de las anteriores no hay una masa de agua circulando sin vaporizarse, la bomba entrega toda el agua que se vaporiza. No hace falta resaltar la importancia de la bomba en este diseño, un paro de la bomba implica un paro de la caldera.

Radiantes o de radiación total.

Son aquellas calderas que solo tienen hogar, y allí prácticamente todo el calor es intercambiado por radiación. En general se trata de calderas acuotubulares grandes, donde los tubos en donde se genera el vapor conforman las paredes del hogar. Las altas temperaturas que se tienen en la combustión hacen que se tenga un intercambio muy importante de calor por radiación. Además estas calderas trabajan a presiones elevadas, con lo que el calor de vaporización necesario es relativamente bajo, y al utilizar agua de alimentación previamente calentada hasta temperaturas muy cercanas a la de saturación, se consigue que las paredes de tubos del hogar sean suficientes para transferir todo el calor de vaporización necesario.

o Convectivos. Típicamente son las calderas HRSG (Heath Recovery Steam Generator), sin cámara de combustión. Utilizan un fluído caliente como fuente de calor, producto de algún proceso previo (hornos de fundición, hornos de vidrio, turbinas de gas, motores diesel, etc.)

o De calentamiento indirecto. Son calderas de fluídos térmicos en las que se calienta un fluído intermedio, típicamente un aceite, y este es el que al circular por un intercambiador, genera el vapor de agua. El fluído es nuevamente recirculado hacia la caldera.

Vasos de expansión de Calderas para circuitos de calefacción.

El vaso de expansión tiene como función absorber el aumento de presión de la masa de agua que hay en el

interior del circuito de calefacción y radiadores cuando esta se calienta por la entrada en funcionamiento

de la caldera.

Las tuberías de calefacción, caldera y radiadores se encuentran interconectados entre sí formando un

circuito cerrado y presurizado que es sometido a una presión variable en función de la temperatura a la

que se encuentra el agua de su interior.

Normalmente con la bomba de la caldera parada y el agua del interior del circuito de calefacción a

temperatura ambiente, la presión puede situarse entre 0,8 bar y 1,2 bar de presión. Indicación que

veremos registrada en el manómetro o display de la caldera.

¿Cuánto puede aumentar la presión en el interior de la instalación calefacción?

Las calderas domesticas incorporan una válvula de seguridad de calefacción que está ajustada de fabrica a

3 bar. Esto significa que si la presión interior en el circuito de calefacción supera los 3 bar la válvula de

seguridad de calefacción va a abrirse y a liberar presión para que descienda en el circuito de calefacción la

presión, hasta situarse en niveles por debajo de 3 bar.

El correcto dimensionado del vaso de expansión respecto de la masa de agua contenida en la instalación

de calefacción resulta por tanto esencial para evitar que dentro del circuito hidráulico se superen presiones

por encima del tarado de la válvula de seguridad de calefacción de la caldera.

Cuando se sustituyen los viejos radiadores de calefacción por nuevos o cuando se aumenta el número de

radiadores de la instalación de calefacción debe atenderse al detalle del aumento de la masa de agua en

circulación, pues si ésta es mayor a la cantidad de agua que originalmente tenía el circuito será necesario

instalar un vaso de expansión auxiliar o mayor al inicialmente existente.

Cuando la expansión – el vaso de expansión- es inferior a las necesidades de expansión que requiere la

masa de agua en circulación aumenta la presión por encima de los niveles de presión que tolera la válvula

de seguridad de la caldera y esto provoca que la válvula lance fuera del circuito lo que entiende es agua

sobrante. Esto sucederá generalmente cuando la calefacción está en servicio.

Funcionamiento vasos de expansión

Un vaso de expansión para calefacción se compone de una carcasa metálica en cuyo interior hay dos

cámaras separadas por un elastómero. Una de las cámaras del vaso de expansión está en contacto con el

agua del circuito de calefacción y la otra, separada por el elastómero, contiene una carga de gas inerte,

normalmente nitrógeno seco a una determinada presión que guarda relación con la presión que puede

ejercer la masa de agua una vez ésta está caliente.

Cuando la presión del agua del circuito de calefacción aumenta por el incremento de la temperatura ésta

ejerce presión dentro del vaso sobre el elastómero, que a su vez encuentra la resistencia que desde el otro

lado ejerce el nitrógeno, de esta forma se equilibran las presiones dentro del vaso de expansión y se

consigue mantener presurizado el circuito sin que la válvula de seguridad tenga que abrirse y liberar agua.

De esta forma cuando detengamos el uso de la calefacción y descienda la presión, nuestra instalación

conservará los niveles de presión correctos dentro del circuito. Cuando un vaso de expansión es pequeño

para la masa de agua que debe expansionar o cuando la pared separadora de elastómero pierde su

estanquidad filtrándose el agua del circuito de calefacción, inundando la cámara donde solo debería haber

nitrógeno, el vaso pierde su efectividad y éste no expansiona al calentarse el circuito de calefacción

provocando un incremento de presión que generalmente provoca el disparo de la válvula seguridad de

calefacción. Hemos incluido un reportaje fotográfico y un vídeo en nuestro canal de YouTube con el

seccionamiento de estos vasos de expansión para hacer más entendible el funcionamiento del vaso de

expansión de una caldera para circuitos de calefacción.

Válvula de seguridad

Introducción

En la industria constituye una situación normal la utilización de sistemas que operan a presión. Reactores, calderas, recalentadores, tanques de almacenamiento, tuberías y demás aparatos a presión, pueden verse sometidos a presiones superiores a la de diseño, con el consiguiente riesgo de explosión, pudiendo causar graves consecuencias tanto para las personas como para las instalaciones cercanas. Para prevenir este riesgo se instalan en estos equipos válvulas de seguridad, que permitan por medio de la descarga del fluido contenido, aliviar el exceso de presión. Así, las válvulas de seguridad constituyen un elemento clave de seguridad utilizado ampliamente en la industria y exigido reglamentariamente, por lo que es importante entender adecuadamente su funcionamiento y sus limitaciones.

El objeto de la presente Nota Técnica de Prevención es dar a conocer las características constructivas y de funcionamiento de estos elementos, así como proporcionar una serie de guias y recomendaciones para realizar una correcta instalación, montaje y mantenimiento, con la finalidad que sus características de seguridad, que en un principio deben tener estos elementos, no se vean disminuidas por un error de diseño o de actuación.

Definiciones

Definimos en este apartado alguno de los términos y variables que se utilizarán en esta nota técnica.

Válvula de seguridad: Ese dispositivo empleado para evacuar el caudal de fluido necesario de tal forma que no se sobrepase la presión de timbre del elemento protegido.

Presión de tarado: Es la presión a la cual abre la válvula. Sobrepresión: Es el incremento de presión que se produce por encima de la presión de tarado estando la

válvula completamente abierta. Presión de cierre: Es aquella presión a la cual se cierra la válvula una vez desaparecida la causa que motivó

su apertura. Escape: Es la diferencia existente entre la presión de tarado y la de cierre. Presión de precinto: Es la presión a la que están tarados los elementos de seguridad que protegen el

aparato o sistema. También se denomina "timbre" cuando se refiere a la presión máxima de servicio y es la que limita el propio sistema de seguridad.

Presión de servicio: Es la presión normal de trabajo del aparato o sistema a la temperatura de servicio. Presión máxima de servicio: Es la presión más alta que se puede dar en el aparato o sistema en condiciones

extremas de funcionamiento del proceso. Es el máximo valor efectivo de tarado de la válvula de seguridad. Temperatura de diseño: Es el valor de la temperatura que se toma para el cálculo del espesor del aparato

en condiciones severas de funcionamiento. Temperatura de servicio: Es el valor de la temperatura alcanzada en el interior del aparato o sistema en

condiciones normales de funcionamiento a la presión de servicio. Temperatura máxima de servicio: Es el máximo valor de la temperatura que se estima puede producirse en

el interior del aparato o sistema en condiciones extremas de funcionamiento. Temperatura mínima de servicio: Es el mínimo valor de la temperatura que se estima pueda producirse en

el interior del aparato o sistema en condiciones extremas de funcionamiento.

Tipos de válvulas

Según su elevación

Válvulas de seguridad de apertura instantánea: Cuando se supera la presión de tarado la válvula abre repentina y totalmente.

Válvulas de alivio de presión: Cuando se supera la presión de tarado, la válvula abre proporcionalmente al aumento de presión.

Según su actuación

Válvulas de actuación directa: Son válvulas cargadas axialmente, que al alcanzar la presión de tarado abren automáticamente debido a la acción del fluido a presión sobre el cierre de la válvula.

Válvulas de actuación indirecta: Son válvulas accionadas por piloto. Deben actuar debidamente sin ayuda de ninguna fuente exterior de energía.

Según su agrupación

Válvulas de seguridad sencilla: Son las que alojan en su cuerpo a un solo asiento de válvula. Válvulas de seguridad dobles o múltiples: Son las que alojan en su cuerpo dos o más asientos de

válvulas.

Según su conexión

Embridadas. Roscadas. Soldadas.

Elementos

Algunos de los elementos más importantes presentes en las válvulas de seguridad se representan en la figura siguiente:

Funcionamiento

Las válvulas de seguridad de alivio de presión están diseñadas para abrir y aliviar un aumento de la presión interna del fluido, por exposición a condiciones anormales de operación o a emergencias.

Son actuadas por la energía de la presión estática. Cuando en el recipiente o sistema protegido por la válvula se produce un aumento de presión interna, hasta alcanzar la presión de tarado, la fuerza ejercida por el muelle es equilibrada por la fuerza producida por la presión sobre el área del disco de cierre (Fig. 1). A partir de aquí, un pequeño aumento de presión producirá el levantamiento del disco de cierre y permitirá la salida del fluido. Si se trata de una válvula de seguridad de apertura instantánea, el disco de cierre se separará repentina y totalmente, debido al incremento de la fuerza resultante del producto de la presión por el incremento del área del disco de cierre. Pero si se trata de una válvula de alivio de presión, la válvula abrirá proporcionalmente al incremento de presión producido.

Fig. 1: Disco de cierre

Cuando la presión disminuye, la válvula cierra a una presión ligeramente inferior a la presión de tarado

como consecuencia de la energía cinética del fluido en el escape. En la figura 2 se pueden apreciar los diferentes niveles de presión existentes. Son a diferencia de otros dispositivos de alivio (discos de rotura, tapones fusibles térmicos, etc.) mecanismos diseñados para cerrar cuando la presión haya sido restablecida, quedando en disposición de actuar y prevenir un nuevo alivio del fluido.

Caldera de combustibles fluidos

El combustible se prepara y quema en un quemador, dispositivo que funciona con un ventilador que impulsa aire

hacia un inyector de combustible donde, por efecto venturi, éste se mezcla con el aire en las proporciones

adecuadas y se impulsa dentro del hogar, donde se produce la combustión. Cuando el combustible es líquido

(gasóleo) es necesario pulverizarlo para conseguir la mezcla, por lo que requieren un inyector especial. Los

combustibles gaseosos también deben mezclarse con el aire, aunque no es necesario pulverizarlos.

El hogar consiste normalmente en un cilindro con el eje horizontal, con el fondo recubierto de material refractario,

contra el que se proyecta la llamarada producida por el quemador. Los gases calientes revocan y vuelven hacia la

puerta del hogar y, por los laterales, entran en una serie de tubos que están sumergidos en el caloportador, y por

ellos llegan a la caja de humos, de la que arranca el conducto de evacuación de gases quemados.

El intercambiador de estas calderas envuelve el hogar en una primera instancia, pero luego tiene una serie de pasos,

en los que los gases calientes de la combustión dejan el calor que llevan. Las más corrientes (llamadas pirotubulares)

consisten en un haz de tuberías introducidas en el caloportador. Los gases circulan por los tubos, lo más lentamente

posible (para ello tienen unas chapas, plegadas en espiral, llamados turbuladores) para que lleguen al final (caja de

humos) con la menor presión posible y la temperatura más baja posible. En las calderas normales esta temperatura

es como mínimo de unos 140 ºC, para evitar que haya condensaciones, muy perjudiciales cuando el combustible

tiene trazas de azufre, puesto que éste, quemado, forma óxidos de azufre y sumado a vapor de agua condensado de

la combustión puede formar ácido sulfúrico(SO3 + H2O → SO4H2), corrosivo, perjudicial para la buena conservación

de los dispositivos, lo que se evita con temperaturas que impidan la condensación.

La regulación de la potencia, en los dos tipos, se hace por tiempo de funcionamiento, con paradas y arranques del

quemador, o mediante la regulación del tamaño de la llama (quemadores modulantes y quemadores por etapas).

Calderas de condensación

En las calderas de condensación la temperatura es todavía más baja y la formación de ácidos se evita con un

combustible que no contenga azufre (generalmente funcionan con gas natural), lo que permite el aprovechamiento

del calor de vaporización del agua formada en la combustión (CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O). Su gran ventaja es que el

rendimiento es mucho mayor que las normales, pero el problema que puede aparecer en ellas es que la temperatura

máxima que puede alcanzar el caloportador es más baja que en las normales, para permitir la condensación, lo que

exige emisores (radiadores) más grandes (con mayor superficie de emisión) o sistemas de emisión a baja

temperatura (suelo radiante).

Calderas con quemador atmosférico

Además hay calderas específicas para gases combustibles que tienen quemador atmosférico. En este caso funciona

al revés: el gas sale por los inyectores por su presión de suministro y, por efecto Venturi, aspira aire y se mezcla con

él en la proporción adecuada y se quema en los quemadores, subdividido en pequeñas llamas, dentro de un

intercambiador. Las más conocidas de estas calderas son las llamadas murales, aunque también existen en tamaños

grandes.

Caldera de combustible sólido

En las de combustibles sólidos (carbón o, actualmente, biomasa), el hogar consta de dos compartimentos

superpuestos, cada uno con su portilla correspondiente. En el superior, brasero, se coloca el combustible sobre una

parrilla. El inferior, cenicero, recibe las cenizas del combustible. Por la portilla de éste entra el aire necesario para la

combustión y los humos salen por un conducto (humero o chimenea) vertical, por tiro térmico, conducto que parte

desde el brasero. El propio tiro térmico es que crea en el hogar una falta de presión que aspira el aire necesario para

la combustión; la cantidad de aire puede regularse abriendo, más o menos, la portilla del cenicero; a menudo esta

portilla tiene unos orificios que pueden abrirse o cerrarse a voluntad mediante una mariposa. La combustión es

continua, no hay paradas desde que se enciende hasta que se apaga por falta de combustible, y la regulación de la

potencia se hace abriendo o cerrando la entrada del aire.

En estas calderas, el intercambiador es la envoltura, que tiene una doble pared entre cuyas capas circula el

caloportador. En algunas, incluso la rejilla de separación entre el brasero y el cenicero consiste en una serie de

tuberías, por cuyo interior también circula el caloportador.

¿Cómo seleccionar la bomba correcta para su caldera?.

En todo sistema de generación de vapor, la bomba de agua que alimenta la caldera es uno de los equipos más

críticos. La confiabilidad de este sistema de bombeo parte de una correcta selección de la bomba.

Como regla general debemos considerar los siguientes puntos al dimensionar un equipo de bombeo:

1. Cantidad de bombas

Si el sistema de vapor opera cerca a su máxima capacidad, con poca o ninguna variación, podría emplearse

una sola estación de bombeo para alimentar varias calderas, este arreglo es el más económico si las cargas

son relativamente constantes en el tiempo. El costo de inversión en bombas grandes es menor en lugar de

tener varias pequeñas; pero si las cargas de vapor son variables, lo más apropiado es tener varias bombas, al

menos una bomba para cada caldera y una bomba adicional como reserva en casos de que el sistema de

vapor sea critico para el proceso.

2. Tipo de operación:

¿Continua o intermitente? Al observar como se controla el nivel de agua en la caldera podremos contestar

a esta pregunta. El flujo intermitente resulta de arrancar la bomba si el nivel es bajo en la caldera y detener

la misma a un nivel alto, se trata del típico control on-off. En el caso de operación continua, la alimentación

de agua a la caldera es controlada por una válvula modulante que se abre y cierra según la demanda a fin de

mantener fijo el nivel de agua en la caldera. Otra solución para operación continua caracterizada por su bajo

consumo de energía, es usar una bomba de velocidad variable y presión constante controlada por un

variador de frecuencia.

3. Presión requerida (Altura dinámica total de la bomba)

Cuando se bombea agua directamente a la caldera, se requiere superar la presión en la misma, para ello la

presión entregada por la bomba debe ser superior a la que hay en la caldera, algunos fabricantes

recomiendan adicionar 10% al valor de presión para usarla en la elección de la bomba, sin embargo es muy

recomendable realizar un cálculo de la altura dinámica total (presión en la caldera sumada a las pérdidas en

tuberías, accesorios y la diferencia de alturas entre el nivel lleno en la caldera y el nivel mínimo en el tanque

de succión). Si hay una válvula modulante en la descarga de la bomba, es necesario adicionar como mínimo

de 20 a 25 PSI.

4. NPSH disponible

Esta es la presión absoluta mínima requerida, que debe haber en la brida de succión de la bomba para evitar

que esta se deteriore por cavitación. El NPSH disponible debe ser mayor al requerido por la bomba, la

recomendación general es que el disponible tenga un valor de 0.5cm. a 1m. encima del requerido.

Hay que tener cuidado especial al seleccionar la bomba, si se sobredimensiona la altura dinámica total se

corre el riesgo de que la bomba opere al extremo derecho de la curva, donde el valor de NPSH requerido es

más alto y con mayor riesgo de cavitación. Si es el caso elevar el nivel de agua en el tanque de

abastecimiento de la bomba, dará un margen de seguridad adicional.

5. Temperatura del agua que se bombea

Es muy importante conocer la temperatura del agua que ingresa a la bomba. Erróneamente se suele tomar

la temperatura del agua en la caldera, pero esto lleva sólo a sobredimensionar la bomba, lo recomendable

es medir la temperatura del agua al ingreso de la bomba ó en el deaereador, la mayoría de las bombas

pueden lidiar con temperaturas del orden de 110ºC. y hay otras que soportan mayores temperaturas pero

requieren sistemas auxiliares de refrigeración, lo cual hace más costosa a la bomba.

6. Capacidad requerida (Caudal de la bomba)

El caudal o la cantidad de agua que se requiere bombear a la caldera dependerá de la taza de evaporación

de la misma. Como regla práctica en una aplicación on-off, el caudal sería dos veces la tasa de evaporación.

En una aplicación a control modulante se puede considerar el caudal 1.3 veces la tasa de evaporación y un

flujo adicional de recirculación necesario para garantizar que la bomba entregue un flujo mínimo (en total

1.5 veces la tasa de evaporación).

EJEMPLO: Tenemos una caldera de 200BHP con control on-off

1 BHP = energía necesaria para evaporar 15.65 kg de agua a 100°C durante 1 hora

Densidad del agua a 100°C = 958.4 kg/m3

Entonces la tasa de evaporación de agua en la caldera de 200BHP es:

Tasa Evaporación = 200 x 15.65 / 958.4 = 3.266 m3/h

Como se trata de un sistema on-off multiplicamos por 2:

Caudal Bomba = 3.266 x 2 = 6.532 m3/h

Losa Radiante

Se denomina suelo radiante, paramento radiante o losa radiante al sistema de calefacción que emplea uno de los

paramentos de un local como emisor de calor. El emisor puede ser cualquiera de los paramentos de los locales a

calefactar (suelo, paredes o techo), pero lo más corriente es emplear el suelo.

Dada la extensión superficial del emisor se emplean bajas temperaturas, porque la emisión depende de la diferencia

de temperaturas entre el emisor y el ambiente y de la superficie del emisor (a mayor superficie de emisión será

necesaria una diferencia de temperaturas menor). Algunas normativas limitan esta temperatura del suelo a 28 o 29

ºC. Emplear temperaturas más altas puede ser insano; efectivamente, al calentarse los pies y piernas (por ser los

miembros más cercanos al emisor) se dilatan los vasos periféricos (para conseguir la necesaria disipación del calor

más fácilmente) y las personas propensas pueden sufrir varices.

o Sistemas de calentamiento

Por agua caliente

Tuberías para un sistema de calefacción por suelo radiante, antes de montar el pavimento.

En este caso el sistema es semejante a uno de calefacción por agua caliente, con una caldera, u otro medio de

calentamiento, y una red de distribución, pero teniendo como emisor el suelo (o como se ha dicho, otro paramento,

aunque en los sistemas por agua caliente es raro encontrarlo), bajo el cual discurre una tubería haciendo meandros,

de modo que los tubos están a una distancia relativamente reducida (entre 8 y 30 cm).

Construcción

Las tuberías de agua (generalmente de material plástico) se distribuyen sobre el forjado (ver imagen),

interponiendo un aislante térmico para evitar que el calor se disipe hacia la planta inferior. Sobre las tuberías se

pone una capa de mortero de cemento o anhidrita y arena y luego el solado, que se recomienda sea de un material

poco aislante del calor (piedra, baldosa cerámica o hidráulica) y no de madera o moqueta. El contacto desagradable

de la planta del pie con un material frío, que normalmente se quiere evitar con estos suelos aislantes térmicos,

queda compensado por la temperatura del suelo.

Si el edificio está bien aislado no es necesario cubrir toda la superficie del suelo y pueden dejarse unas franjas

estrechas, cercanas a las paredes, sin tuberías, para colocar muebles (estanterías, aparadores,...) pues bajo ellos el

suelo no emitirá y el calor puede estropearlos.

Elementos que componen el sistema

Tubo de plástico o multicapa. Es un tubo de polietileno de alta densidad, reticulado por radiación

de electrones. Las técnicas puestas en servicio para la fabricación aseguran una gran regularidad

dimensional (diámetro y espesor de las paredes). Por las mejores características en cuanto a resistencia

mecánica y térmica, la tubería multicapa es la mejor opción para la realización de estos circuitos.

Placas de aislamiento. Suelen hacerse de poliestireno expandido, a veces elastificado y sirven para evitar

que el calor se difunda hacia el piso inferior.

Taca de alojamiento de colectores en un suelo radiante.

Aislamiento periférico. Es conveniente separar mecánica y fónicamente la placa base del suelo radiante de

los tabiques. Esto se consigue mediante el aislamiento periférico, constituido por unas tiras de poliestireno

expandido.

Fijación de los tubos. Para sujetar el tubo a las placas de aislamiento, en ciertas patentes, la fijación se hace

mediante tetones que forman parte de las placas de aislante térmico y sujetan adecuadamente hasta que

los tubos queden empotrados en la capa de mortero que los recubrirá (ver imagen). También se utilizan

unas grapas autoperforantes que, clavadas sobre los tacos-guía en las zonas curvas del tubo, impiden que

este se desplace de su posición.

Conjuntos de distribución. Los diferentes circuitos formados por los tubos van unidos a un colector de ida y

otro de retorno. Para un correcto funcionamiento de los circuitos, los extremos de las tuberías deben estar

situados en un nivel más alto que el de su recorrido, para conseguir un buen purgado del aire que pueda

introducirse en ellas, por lo que estos colectores, en los que estará el purgador, deben ir alojados en una

taca en un muro. En los colectores, además, se situarán las llaves de regulación y equilibrado de los

circuitos. Estos conjuntos de distribución estará conectados a la caldera por medio de una red bitubular

(tuberías de ida y de retorno), semejante a las que alimentan la calefacción por radiadores.

Mortero. Normalmente autonivelantes de anhidrita o cemento. La fluidez de estos morteros evita que se

generen burbujas de aire (que son aislantes térmicas) y facilitan la distribución del calor.

Solado. Como se ha dicho, es conveniente que no sea aislante térmico. Puede ser de baldosa hidráulica,

baldosa cerámica o diversos tipos de piedra (mármol, granito, pizarra).

Caldera a Vapor

Definición de generador de vapor y de caldera.

El termino de generador de vapor está siendo utilizado en la actualidad para reemplazar la denominación de

caldera, e indica al conjunto de equipos compuestos por: horno (u hogar), cámaras de agua(o evaporador),

quemadores, sobre calentadores, recalentadores, economizador y precalentador de aire ,Las calderas son

dispositivos de ingeniería diseñados para generar vapor saturado (vapor a punto de condensarse) debido a

una transferencia de calor, proveniente de la transformación de la energía química del combustible

mediante la combustión, en energía utilizable (calor), y transferirla al fluido de trabajo (agua

en estado líquido), el cual la absorbe y cambia de fase (se convierte en vapor). El término de caldera ha sido

por mucho tiempo utilizado y los dos términos se usan indistintamente. Es común la confusión entre los

términos de caldera y generador de vapor, pero la diferencia es que el segundo genera vapor

sobrecalentado (vapor seco) y el otro genera vapor saturado (vapor húmedo).

La producción de vapor a partir la combustión de combustibles fósiles se utiliza en todo tipo de industrias de

transformación de materias primas y en las centrales termoeléctricas.

Figura 1. Caldera pirutubular

Clasificación

Entre la clasificación de las calderas se puede catalogar:

- Por la naturaleza del servicio pueden ser: Fija, portátil, locomotora o marina.

- Por el tipo de combustible: Calderas de carbón, de combustibles líquidos, de combustibles gaseosos,

mixtos y de combustibles especiales (residuos, licor negro, cáscaras de frutos).

- Por el tiro: Tiro natural o tiro forzado (con hogar en sobrepresión, en depresión o en equilibrio).

- Por los sistemas de apoyo: Calderas apoyadas y calderas suspendidas.

- Por la transmisión de calor: Calderas de convección, calderas de radiación, calderas de radiación-

Convección.

- Por la disposición de los fluidos: Calderas de tubos de agua (acuotubulares o generadores de vapor) y

calderas de tubos de humos (pirotubulares).

La caldera de vapor pirotubular generalmente tienen un hogar integral (denominado caja de fuego) limitado

por superficies enfriadas por agua. Las horizontales con hogar integral se utilizan en instalaciones de

calefacción a baja presión. Estas calderas, diseñadas especialmente para el aprovechamiento de gases de

recuperación, presenta las siguientes características: El cuerpo de la 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 (Figura 1.). 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.

Mantenimiento de calderas Las calderas integran una de las instalaciones que pueden implicar un alto riesgo para un edificio en caso de fallar. La razón es que funcionan a presión y un omisión o negligencia en las tareas de mantenimiento puede ocasionar una explosión. Aquí se enumeran los desperfectos más serios que puede sufrir la instalación. Los mayores daños se producirán cuando el artefacto se instala en un subsuelo, que es su ubicación habitual. Si el proyecto lo permite, una opción más segura sería disponer la instalación en un espacio abierto, debajo de una cubierta liviana.

Todos sabemos que las calderas son artefactos generadores de calor y que el mismo se conduce en forma de agua o vapor. Como todo elemento que trabaja a presión, puede producir una brusca expansión del vapor y del agua de su interior. Los accidentes se producen generalmente por el colapso de alguno de los componentes del sistema. Por ejemplo, corrosión o fallas del instrumental de seguridad. Los puntos débiles En las calderas alimentadas por combustibles líquidos, la explosión se puede producir por la ignición del combustible vaporizado en el interior del hogar, es decir en el corazón de la caldera. El aumento de presión también puede ocasionar por una falla del quemador que genera un reencendido. Otro incidente peligroso es la escasez de agua o la ausencia total de ella ya que por la acumulación de sarro se produce una elevación descontrolada de la temperatura.

Ante un aumento en la presión de trabajo, si no se libera el vapor a través de la válvula de seguridad o bien se sobre-eleva la presión por falla del manómetro o su falta de control, se plantea otra situación donde se puede provocar una explosión. El uso de un presostato es una de las formas de cortar la alimentación y ayudará a evitar una explosión.

La carcaza y algunas de las partes interiores de la caldera pueden ser afectadas por la corrosión, que debilitará sus partes metálicas. Por eso, al mantenerse constante la presión en su interior habrá también riesgo de explosión. Lo mismo sucederá si la temperatura de trabajo excede los límites máximos permitidos para ese aparato.

Tipos de calderas Se instalan una gran variedad de artefactos que van desde una caldera hogareña, que son muy seguras, a las de un consorcio o industriales. Los artefactos modernos son cada vez más seguros y el riesgo queda restringido a los equipos más vetustos. Las calderas automáticas sólo requieren la presencia humana para su encendido o bien para su reencendido en el caso de que alguno de los elementos de seguridad haya cortado el circuito por la detección de alguna falla. Las de agua caliente no superan generalmente una temperatura de trabajo de 110Cº. En los casos en que sobrepasan ese valor reciben el nombre de caldera de agua recalentada. Es posible incrementar la temperatura usando dispositivos como los sobre calentadores o economizadores de precalentamiento para aumentar el rendimiento. Es importante conocer el área de intercambio que estará en contacto con el agua, vapor o llama directa para saber qué superficie de radiación o convención habrá que considerar.

En las viviendas unifamiliares de superficie importante, es recomendable separar el aporte de agua caliente o vapor para el agua de consumo destinada al lavado y la higiene. En el caso de utilizarse las llamadas calderas duales, que resuelven el suministro de agua caliente sanitaria y para calefacción, habrá que verificar en los cálculos la simultaneidad de uso para no privar de fluido a un sistema en función del otro. En estos casos, para asegurar un buen suministro, una buena alternativa consiste en la instalación de un termotanque o calefón para uso exclusivo de la cocina y el lavadero.

Sabiendo que el mayor problema de las calderas son las explosiones habrá que tomar los recaudos básicos para prevenirlas. En primer lugar habrá que disponer siempre de una válvula de seguridad, manómetro, indicador de nivel y termómetro. En todos ellos se debe controlar con frecuencia su correcto funcionamiento.

A su vez no se puede descuidar la limpieza de su interior, verificar que no haya corrosión ni sarro, si hubiera un hervor brusco de agua apagar el quemador cerrando de inmediato las válvulas. Una vez despresurizada dejarla enfriar por lo menos ocho horas, no mirar dentro del artefacto sin protección del rostro y utilizar para su encendido antorchas largas. Las calderas más avanzadas tienen gran parte de su funcionamiento con controles computarizados que liberan al usuario de muchas de las tareas de mantenimiento, de todos modos no se debe descuidar una revisión periódica.

Mantenimientos graduales

DIARIAMENTE

– Verificar: Nivel de agua, combustión.

– Purga: de fondo, de nivel y de superficie

– Tratar el agua según cronograma establecido

– Relacionar

• Presión / temperatura agua de alimentación

• Temperatura del gas de combustión

• Presión y temperatura del aceite combustible

• Presión del gas

• Presión del aire de atomización

• Temperaturas del agua de suministro y retorno

• Consumo de agua de reemplazo

• Presión de vapor

• SEMANALMENTE

– Verificar

• Adecuado cierre de válvula combustible

• Conexiones de aire y combustible

• Luces indicadoras y alarma

• Controles limitadores y de operación

• Controles de seguridad y conexiones

• Filtraciones, ruido, vibraciones, condiciones

Anormales, etc.

SEMESTRALMENTE

– Inspecciones el refractario

– Revise los componentes eléctricos

– Limpie

• Llave de bajo nivel de agua

• Bomba de aceite, colador y filtro

• Depurador de aire y separador aire / aceite

• Alineación de acople del compresor (ventilador?)

ANUALMENTE

– Inspeccione la superficie interior del recipiente

– Limpie

• Deshollinado de tubos de fuego

• Inspección de la cámara de agua

E. T. N°10 Fray Luis Beltrán

TRABAJO PRÁCTICO N°2

“CALDERAS”

MATERIA: Maquinas Térmicas

ALUMNO: Ledesma Ezequiel

PROFESOR: Alejandro Longhe

AÑO: 6°

DIVISION: 1°

CICLO ELECTIVO:

2014