plan de matenimiento de una caldera de vapor pirotubular

Plan de mantenimiento de una caldera 2014

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PLAN DE MATENIMIENTO DE UNA CALDERA DE VAPOR

PIROTUBULAR HORIZONTAL

ANDRES ALFONSO BUELVAS PEREZ

CRISTIAN DAVID BETTIN PEREZ

MAURICIO ISRAEL CASTILLA SIERRA

OLIMPO MANUEL CARDENAS ANAYA

RONALD DAVID GUERRA ALVAREZ

Trabajo escrito

Alejandro Guerrero

Ing. Electrnico

UNIVERSIDAD DE SUCRE

FACULTAD DE INGENIERIA

TECNOLOGIA EN ELECTRONICA INDUSTRIAL

SINCELEJO

2014


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Contenido pg.

1 Qu es una CALDERA? ........................................................................................................................................... 5

2 CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS ................................................................................................................. 6

2.1 Segn el fluido calotransportador ........................................................................................................... 6

2.1.1 Calderas acuotubulares ....................................................................................................................... 6

2.1.2 Calderas pirotubulares ........................................................................................................................ 7

2.2 Segn su tecnologa ......................................................................................................................................... 9

2.2.1 Calderas de vapor................................................................................................................................... 9

2.2.2 Calderas de agua caliente ................................................................................................................... 9

2.2.3 Calderas de agua sobrecalentada ................................................................................................... 9

2.2.4 Calderas de fluido trmico................................................................................................................. 9

3 COMPONENTES FUNDAMENTALES DE UNA CALDERA DE VAPOR PIROTUBULAR ............10

3.1 Panel de control...............................................................................................................................................10

3.2 Quemador ...........................................................................................................................................................11

3.3 Cmara de combustin u hogar de combustin .............................................................................11

3.4 Haz tubular ........................................................................................................................................................11

3.5 Manmetros ......................................................................................................................................................11

3.6 Indicadores de nivel de agua ....................................................................................................................12

3.7 Presostato ...........................................................................................................................................................12

3.8 Vlvula de seguridad ....................................................................................................................................12

3.9 Vlvula de vapor .............................................................................................................................................12

3.10 Vlvula purga ....................................................................................................................................................12

3.11 Volumen de agua.............................................................................................................................................13

3.12 Control de nivel ...............................................................................................................................................13

3.13 Envolvente exterior o virola exterior...................................................................................................13

4 SELECCIN DEL TIPO DE CALDERA ...............................................................................................................14

4.1 Reduccin de las emisiones de NOx ......................................................................................................14

5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DE UNA CALDERA DE VAPOR PIROTUBULAR ..............15

6 FALLAS EN LAS CALDERAS .................................................................................................................................16

6.1 Fallas en el encendido. .................................................................................................................................16

6.2 Fallas en el sistema de alimentacin del agua. ................................................................................16


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6.3 Fallas en los sistemas de escapes. ..........................................................................................................17

7 PLAN DE MANTENIMIENTO ...............................................................................................................................20

7.1 Mantenimiento diario ..................................................................................................................................20

7.2 Mantenimiento mensual .............................................................................................................................21

7.3 Mantenimiento semestral ..........................................................................................................................21

7.4 Mantenimiento anual ...................................................................................................................................21


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Introduccin

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que,

aplicando el calor de un combustible slido, lquido o gaseoso, vaporizan el agua

para aplicaciones en la industria. Hasta principios del siglo XIX se usaron calderas

para teir ropas, producir vapor para limpieza, etc., hasta que Papn cre una

pequea caldera llamada "marmita". Se us vapor para intentar mover la primera

mquina homnima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo ya que utilizaba

vapor hmedo (de baja temperatura) y al calentarse sta dejaba de producir

trabajo til. Luego de otras experiencias, James Watt complet una mquina de

vapor de funcionamiento continuo, que us en su propia fbrica, ya que era un

industrial ingls muy conocido. La mquina elemental de vapor fue inventada por

Dionisio Papn en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776.


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1 Qu es una CALDERA?

Una caldera es una mquina trmica que aprovecha una fuente de calor para

transferir su energa a un fluido.

Aunque dicho calor en general procede de la ignicin de un combustible, puede

ser suministrado por otros medios: energa elctrica, energa nuclear, energa

geotrmica, etc.

El calor es transferido internamente en la caldera hacia un fluido, comnmente

agua o en algunos casos aceite trmico para posteriormente ser aprovechado en

procesos de potencia y/o calentamiento.


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2 CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS

2.1 Segn el fluido calotransportador

Las calderas se clasifican segn el paso del fluido caloportador a travs de los

tubos de intercambio.

2.1.1 Calderas acuotubulares

Son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por el interior de

tubos durante su calentamiento y los gases de combustin circulan por el exterior

de los mismos. Son de aplicacin cuando se requiere una presin de trabajo por

encima de los 22 bar.

En este tipo de calderas el hogar (recinto donde se produce la combustin) est

conformado por paredes de tubos de agua. En ellas el intercambio es bsicamente

por radiacin desde la llama.

Por su diseo constructivo, lgicamente tienen un bajo volumen de agua. En el

caso de calderas de vapor, el ttulo de vapor es muy bajo (0,85), es decir, que el

contenido de agua por unidad de masa es muy alto (15%). Por lo que se les

aaden subconjuntos secadores del vapor, tales como recalentadores o

sobrecalentadores.

Figura 1. Detalle de caldera acuotubular.


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2.1.2 Calderas pirotubulares

Son aquellas calderas en las que los gases de la combustin circulan por el

interior de los tubos y el lquido se encuentra en un recipiente atravesado por

dichos tubos. Son de aplicacin en trabajos inferiores a los 22 bar.

Por su diseo, tienen un gran volumen de agua, El vapor producido por las misma

suele tener un ttulo de vapor cercano al 1, es decir, que el contenido de agua por

unidad de masa es bajo (3%), no siendo necesario instalar equipos auxiliares

complementarios.

En este tipo de caldera el humo caliente procedente del hogar circula 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 combustin es transferido a travs 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 travs de este recorrido, el humo, ceden gran parte de su calor al agua,

vaporizndose parte de esta agua y acumulndose en la parte superior del cuerpo

en forma de vapor saturado. Esta vaporizacin parcial del agua es la que provoca

el aumento de la presin del interior del recipiente y su visualizacin en el

manmetro.

Las calderas pirotubulares se clasifican en funcin de la disposicin del haz

tubular en:

Calderas horizontales: el haz tubular est dispuesto de la parte delantera a la

trasera de la caldera. En la figura 2 se aprecia su estructura.


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Figura 2. Estructura de una caldera pirotubular horizontal.

Calderas verticales: el haz tubular est dispuesto de la parte inferior a la parte

superior de la caldera. En la figura 3 se ilustra una caldera pirotubular vertical.

Figura 3. Estructura de una caldera pirotubular vertical.


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2.2 Segn su tecnologa

Las calderas o generadores son equipos que, aplicando el calor de un combustible

gaseoso, lquido o slido mediante quemador especialmente diseado para cada

combustible, calientan el agua hasta 95 C (calderas de agua caliente), por encima

de los 100 C (calderas de agua sobrecalentada), calientan agua y producen su

cambio de estado de fase lquida a fase gaseosa (calderas de vapor), o calientan

un fluido caloportador diferente al agua (calderas de fluido trmico).

2.2.1 Calderas de vapor

Las calderas de vapor son aquellas en las que el fluido caloportador es vapor de

agua.

2.2.2 Calderas de agua caliente

Las calderas de agua caliente son aquellas en las que el fluido caloportador es el

agua y tienen una temperatura mxima de servicio inferior a 100 C. Este tipo de

calderas pueden ser acuotubulares o pirotubulares.

2.2.3 Calderas de agua sobrecalentada

Las calderas de agua sobrecalentada son aquellas en las que el fluido

caloportador es el agua y tienen una temperatura mxima de servicio superior a

110 C. Este tipo de calderas pueden ser acuotubulares o pirotubulares.

2.2.4 Calderas de fluido trmico

Las calderas de fluido trmico son aquellas en las que el fluido caloportador es

distinto al agua. Este tipo de calderas pueden ser nicamente acuotubulares.


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3 COMPONENTES FUNDAMENTALES DE UNA CALDERA DE

VAPOR PIROTUBULAR

3.1 Panel de control

El panel de control de una caldera cumple las funciones de encendido, apagado,

cortes por fallas o emergencias en forma automtica.


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3.2 Quemador

El quemador un dispositivo que nos permite producir la combustin en el hogar.

Dependiendo del combustible a quemar varan lo quemadores en:

1. Quemadores de aceite.

2. Quemadores de atomizacin con vapor de aire.

3. Quemadores de tipo a presin.

4. Quemadores de gas tipo atmosfricos.

5. Quemador de gas de potencia.

6. Quemadores mixtos.

3.3 Cmara de combustin u hogar de combustin

La cmara de combustin, de construccin cilndrica y disposicin horizontal,

puede fabricarse en ejecucin lisa u ondulada, en funcin del tamao de la caldera

y de la presin de trabajo de la misma. Es la encargada de contener la llama del

quemador e iniciar el intercambio de energa por radiacin.

3.4 Haz tubular

Son conjuntos formados por una cantidad variable de tubos, por los cuales

circulan los gases de la combustin por su interior. Son los encargados de la

trasmisin por conveccin.

3.5 Manmetros

Todas las calderas deben tener, como mnimo, un indicador de presin. El dial

debe tener, como mnimo, 150 mm de dimetro y ser del tipo de tubo de bourdon.

Debe tener marcada la presin de trabajo normal y la presin/ diseo de trabajo

mximo permisible.


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3.6 Indicadores de nivel de agua

Para lograr que un caudal de vapor coincida con los requisitos variables de una

planta de vapor, es necesario un buen control de nivel de agua de la caldera. Con

los pequeos espacios de vapor en las calderas actuales, es esencial una

respuesta rpida y precisa a las variaciones en el nivel de agua. Todas las

calderas tienen, como mnimo, un indicador de nivel de agua. Un tubo de cristal

muestra el nivel real del agua en la caldera sean cuales sean las condiciones de

trabajo de la caldera.

3.7 Presostato

Dispositivo que se abre o cierra, con respecto a un nivel de presin establecido.

3.8 Vlvula de seguridad

Su funcin es proteger el cuerpo de la caldera de sobrepresin y evitar que

explote.

3.9 Vlvula de vapor

Una caldera de vapor debe tener instalada una vlvula de vapor (tambin

conocida como vlvula de interrupcin), que asla la caldera de vapor y su presin

del proceso o la planta. Generalmente, es una vlvula de globo en ngulo del

modelo de husillo.

3.10 Vlvula purga

Las calderas deben tener, como mnimo, una vlvula de purga de fondo, en un

lugar cercano al que pueda que se acumule el sedimento o lodo. Estas vlvulas

deben accionarse con una llave y estn diseadas de tal manera que es imposible

sacar la llave con la vlvula abierta.


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3.11 Volumen de agua

Es la masa de fluido, la cual va ser evaporada por la radiacin del hogar, es decir,

calentada por los gases que se producen en la combustin

3.12 Control de nivel

Para controlar y mantener un nivel constante de agua en la caldera, se utiliza un

control de nivel, el cual le da una seal al controlador para prender/apagar la

bomba de alimentacin de agua.

3.13 Envolvente exterior o virola exterior

Este elemento es de forma cilndrica y es el encargado de contener los fluidos

(agua/vapor) y evitar que estos salgan al exterior, en la misma va montadas las

tubuladuras de control y supervisin, tales como los controles de nivel, los

indicadores pticos de nivel y orificios de inspeccin del lado de agua, etc.


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4 SELECCIN DEL TIPO DE CALDERA

Los parmetros principales que se han de tener en cuenta a la hora de seleccionar

el tipo de caldera son los siguientes:

Potencia til (para las calderas de agua caliente, agua sobrecalentada y

fluido trmico) segn el requerimiento trmico de la instalacin a la cual van

a alimentar.

Produccin de vapor (para las calderas de vapor) segn el consumo de

vapor necesario en el proceso.

Presin de trabajo en continuo (para todos los tipos) de acuerdo con la

presin necesaria en el consumidor ms alejado del centro de produccin.

Temperatura de trabajo en continuo, segn el requerimiento constante de la

instalacin.

4.1 Reduccin de las emisiones de NOx

Otro de los aspectos ms significativos que se deben tener en cuenta en el

momento de elegir una caldera y que hay que considerar es el de la emisin de

gases contaminantes. Uno de estos gases contaminante son los xidos de

nitrgeno (NOx), cuya emisin est regulada en Europa por numerosas

normativas y disposiciones legislativas.

Una ventaja del diseo de calderas de tres pasos de humos es la reduccin de la

temperatura en la zona de combustin, un factor que favorece la limitacin de las

emisiones nocivas de xidos de nitrgeno (NOx).


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5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DE UNA CALDERA DE

VAPOR PIROTUBULAR

El desarrollar un programa de mantenimiento permite que la caldera funcione con

un mnimo de paradas en produccin, minimiza costos de operacin y permite un

seguro funcionamiento.

El mantenimiento en calderas puede ser de tres tipos:

Correctivo.

Preventivo.

Predictivo.

El mantenimiento en calderas debe ser una actividad rutinaria, muy bien

controlada en el tiempo.

Para elaborar los debidos planes de mantenimiento, es necesario conocer las

diferentes formas que tiene una caldera de fallar.

Adems del mantenimiento peridico, es necesario guardar las respectivas

normas de seguridad para con las calderas y de esa forma poder evitar accidente

alguno.


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6 FALLAS EN LAS CALDERAS

Las posibles fallas que se pueden presentar en una caldera son:

6.1 Fallas en el encendido.

Funcin: Que funcionen adecuadamente los diversos sistemas del caldero.

Fallas funcionales

A. No hay ignicin

Causas: falla de chispa o caso contrario si hay chispa, pero no

hay llama piloto.

Efectos de la falla: la caldera no enciende.

B. Hay llama piloto, pero no hay llama principal

Causa: llama piloto inadecuada.

Efecto de la falla: la caldera no arranque correctamente.

C. Hay llama de bajo fuego, pero no de alto juego

Causas: baja temperatura del combustible.

Efecto de la falla: baja produccin de vapor.

D. Falla de llama durante la operacin

Causas: combustible pobre e inadecuado.

Efecto de la falla: apagado de la caldera.

6.2 Fallas en el sistema de alimentacin del agua.

Funcin: conducir agua a la bomba y caldera


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Fallas funcionales

A. Deficiente suministro de agua en la caldera (discontinuo)

Causas: Bomba de alimentacin no funciona adecuadamente

Efecto de la falla: Se presentan grietas en las superficies de

los tubos, ya que stos estn en contacto directo con la flama

(ms de 650C) y pierden la resistencia a altas temperaturas.

Causas: Mala maniobra del operador (apagado de bomba de

alimentacin, cerrado de vlvulas, otros).

Efecto de la falla: El flujo de agua de entrada para producir

vapor no ingresa al equipo, ocasionando un

sobrecalentamiento excesivo y el colapso del material por

Implosin.

B. Mala calidad de agua o contaminacin de la misma

Causas: proceso de tratamiento de agua no adecuado o

deficiente.

Efecto de la falla: Corrosin en los tubos del caldero (lado de

agua), as como presencia de slidos en los mismos. Adems

provoca sobrecalentamiento.

6.3 Fallas en los sistemas de escapes.

Funcin: Conducir sin restricciones todos los gases calientes de la caldera

hasta un punto fijo a 10 metros encima del techo

Fallas funcionales

A. No puede contener gases:

Causas: Juntas de ducto agujereados debido a corrosin.


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Efecto de la falla: La sala de mquinas, se llena de humo, al

igual que todo el local; lo cual es nocivo para el ser humano y

generara serios riesgos para la salud de cualquier persona

que est prxima a dichas instalaciones. Puede producir el

ahogamiento del caldero.

B. No puede transportar gases a un punto situado a 10 metros

encima. (Altura del techo):

Causas: Ventilador de chimenea no funciona.

Efecto de la falla: Los gases producto de la combustin

regresan hacia la caldera a travs del ducto de la chimenea

(especficamente al quemador), lo cual provoca ausencia de

aire en la combustin y por consiguiente el ahogamiento de

la caldera. Adems que la sala de mquinas, tambin se llena

de humo.

C. Gases de Evacuacin muy negros

Causas: Tubos de Caldero con residuos slidos (holln

producto de la combustin).

Efecto de la falla: A altas temperaturas, se produce corrosin,

adems que por la composicin del combustible, siempre se

genera holln. Todos estos slidos pueden llegar a obstruir los

tubos de calderos originando un evidente riesgo de explosin.

Causas: Pulverizador de combustible defectuoso.

Efecto de la falla: Si el pulverizador de combustible est

defectuoso, puede inyectar mayor cantidad de combustible

que lo que debera, generando una mala mezcla aire-

combustible. Origina evidente gasto extra de combustible.


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7 PLAN DE MANTENIMIENTO

7.1 Mantenimiento diario

Ciclo de funcionamiento del quemador

Control de la bomba de alimentacin

Ubicacin de todos los protectores de seguridad

Control rgido de las purgas

Purga diaria de columna de agua

Procedimiento en caso de falla de suministro

Verificacin de la temperatura de agua de alimentacin

Tipo de frecuencia de lubricacin de suministro de motores y rodamientos

Limpieza de la boquilla del quemador y del electrodo de encendido (si es

posible)

Verificacin de limpieza de mallas a la entrada del aire al ventilador, filtro de

aire en el compresor, filtros de combustible, rea de la caldera y sus

controles.

Precauciones al dejar la caldera fuera de servicio, en las noches o fines de

semana

Verificacin de combustin

Verificacin de presin, produccin de vapor y consumo de combustible


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7.2 Mantenimiento mensual

Verificar estado de la cmara de combustin y refractarios.

Verificar acoples y motores.

Verificar asientos de vlvulas y grifos.

Verificar bloqueos de proteccin en el programador.

Dependiendo del combustible incluir limpieza del sistema de circulacin de

gases Limpieza de polvo en controles elctricos y revisin de contactos.

Limpieza de filtros de las lneas de combustible, aire y vapor.

Mantenimiento a todo el sistema de agua: filtros, tanques, vlvulas, bomba,

etc.

Engrasar motores

Desmonte y limpieza del sistema de combustin

Limpieza cuidadosa de columna de agua

Verificar estado de trampas de vapor

7.3 Mantenimiento semestral

Lavado interior al lado del agua, removiendo incrustaciones y sedimentos

Verificar si hay indicios de corrosin, picadura o incrustacin al lado del

agua.

Anlisis peridico del agua

Cambiar correas de motor si es necesario. Revisar su tensin (Se incluye el

programa mensual, adicionando lo siguiente)

Limpiar los tubos del lado de fuego, pues el holln es un aislante trmico

Verificar hermeticidad de las tapas de inspeccin al llenar la caldera

Verificar el funcionamiento de las vlvulas de seguridad

7.4 Mantenimiento anual

(Se incluye el programa semestral, adicionando lo siguiente)

Cambio de empaques de la bomba de alimentacin (si es necesario)


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Mantenimiento de motores en un taller especializado. Desarme total con

limpieza y prueba de aislamientos y bobinas.

De acuerdo a un anlisis del agua y las condiciones superficiales internas

de la caldera, se determina si es necesario realizar una limpieza qumica de

la caldera


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Conclusin

Desde la invencin de la caldera, el mundo ha sufrido grandes cambios en busca

del desarrollo. Hoy en da la implementacin de las calderas es primordial en el

entorno industrial, no hay industria donde no se implemente este sistema. Son tan

grandes las prestaciones de estas mquinas, que una falla puede ocasionar

perdidas en la produccin bastante colosales, por lo que la implementacin de un

plan de mantenimiento adecuado es de gran utilidad e imprescindible para que

estos dispositivos permanezcan en un estado funcional, de acuerdo a parmetros

especificados por la empresa.