INTRODUCCION

La aplicacin de la energa trmica en los procesos productivos Industriales es un factor importante en los costos de operacin y como tal puede decidir la viabilidad tcnico econmica de una actividad empresarial.

El hombre al querer aprovechar la energa que brinda la naturaleza, para mejorar su calidad de vida, ha dado origen a diversas formas de realizarla, y lo ha logrado gracias a parte de esa energa y variados dispositivos y equipos.

Es en las calderas en las que se transforma la energa Qumica en energa calorfica. Estas son fundamentales para el funcionamiento de muchas plantas industriales y tambin de actividades de servicio relacionadas a la Hotelera y centros de esparcimiento.

En el presente trabajo, se dar a conocer tambin la situacin en que se encuentra la caldera de la Planta de la Universidad Nacional de Piura.

MARCO TEORICO

Dentro del campo de aplicacin energtico, desempean un papel preponderante las plantas de vapor; con las calderas y los sistemas de transporte de vapor.

Segn la ITC-MIE-AP01: caldera es todo aparato de presin donde el calor procedente de cualquier fuente de energa se transforma en energa utilizable, a travs de un medio de transporte en fase liquida o vapor.

El calor procede de la ignicin de un combustible o tambin puede ser suministrado por energa elctrica, nuclear, geotrmica, etc. El fluido puede ser agua o aceite trmico.

Esta energa utilizable es aprovechada en procesos industriales de potencia o calentamiento.

Entre las diferentes aplicaciones de las calderas encontramos:

En la esterilizacin: en los hospitales para esterilizar material mdico, o en los comedores para esterilizar utensilios.

Para generar Electricidad: mediante un ciclo Rankine. Es parte fundamental de las centrales termoelctricas.

Para calentar otros fluidos: como los petrleos pesados para mejorar su fluidez en las Industrias Petroleras.

1. FUNCIONAMIENTO DE LA CALDERA

El agua de alimentacin que va a la caldera es almacenada en un tanque o cmara de agua (nombre que se le da al espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera) con capacidad suficiente para atender la demanda de la caldera, as una vlvula de control de nivel mantiene el tanque con agua, a su vez una bomba de alta presin empuja el agua hacia adentro de la caldera por medio de tuberas (tubos), al tiempo que, se da la combustin en el horno u hogar, esta es visible por el funcionamiento del quemador en forma de flama, el quemador es controlado automticamente para pasar solamente el combustible necesario (el combustible puede ser solid, liquido o gaseoso, dentro de los ms conocidos se encuentran el carbn, el combustoleo, y el gas), la flama o calor es dirigida y distribuida a las superficies de calentamiento o tuberas donde la energa trmica liberada en el proceso de combustin se transmite al agua contenida en los tubos (en algunos casos el agua fluye a travs de los tubos y el calor es aplicado por fuera a este diseo se le conoce como Acuotubular, en otros casos los tubos estn sumergidos en el agua y el calor pasa por el interior de los tubos a este diseo se le conoce como Pirotubular, estos dos diseos de calderas son los ms utilizados) donde por medio de los procesos de radiacin, conduccin y conveccin el agua se transforma en vapor, dicho vapor es conducido por tuberas a los puntos de uso o puede ser colectado en cmaras para su distribucin; en la parte superior de la caldera se encuentra una chimenea la cual conduce hacia afuera los humos o gases de la combustin; en el fondo de la caldera se encuentra una vlvula de salida llamada purga de fondo por donde salen del sistema la mayora de polvos, lodos y otras sustancias no deseadas que son purgadas de la caldera.En conjunto en la caldera existen mltiples controles de seguridad para aliviar la presin si esta se incrementa mucho, para apagar la flama si el nivel del agua es demasiado bajo o para automatizar el control del nivel del agua.

2. PRINCIPALES COMPONENTES DE LA CALDERA

Debido a que cada caldera dispone, dependiendo del tipo, de partes caractersticas, es muy difcil atribuir a todas ellas un determinado componente.

Hogar o fogn:

Es el espacio donde se quema el combustible. Se le conoce tambin con el nombre de "Cmara de Combustin".

Puerta del hogar:

Es una pieza metlica, abisagrada, revestida generalmente en su interior con refractario o de doble pared, por donde se echa el combustible al hogar y se hacen lasoperacionesdecontroldel fuego.

En calderas que queman combustibles lquidos o gaseosos, esta puerta es reemplazada por el quemador.

PARRILLAS (o emparrillado):

Son piezas metlicas en forma de rejas, generalmente rectangulares o trapezoidales, que van en el interior del fogn y que sirven de soporte al combustible slido. Debido a la forma de reja que tienen, permiten el paso del "aire primario" que sirve para que se produzca la combustin.

Cenicero

Es el espacio que queda bajo la parrilla y que sirve para recibir las cenizas que caen de sta. Los residuos acumulados deben retirarse peridicamente para no obstaculizar el paso de aire necesario para la combustin. En algunas calderas el cenicero es un depsito de agua.

Puerta del cenicero:

Accesorio que se utiliza para realizar lasfuncionesde limpieza del cenicero. Mediante esta puerta regulable se puede controlar tambin la entrada del aire primario al hogar.

Cuando se hace limpieza de fuegos o se carga el hogar, se recomienda que dicha puerta permanezca cerrada con elobjetivode evitar el retroceso de la llama ("lenguade toro").

Altar:

Es un pequeo muro de ladrillo refractario, ubicado en el hogar, en el extremo opuesto a la puerta del fogn y al final de la parrilla, debiendo sobrepasar a sta en aproximadamente 30 cm.

Losobjetivosdel altar son:

Impedir que caigan de la parrilla residuos o partculas de combustibles. Ofrecerresistenciaa las llamas y gases para que estos se distribuyan en forma pareja a lo ancho de la parrilla y se logre en esta forma una combustin completa. Poner resistencia a los gases calientes en su trayecto hacia la chimenea. Con esto se logra que entreguen todo su calor y salgan a la temperatura adecuada.

Manposteria:

Se llama manpostera a la construccin de ladrillos refractarios o comunes que tienen como objeto:

a) Cubrir la caldera para evitar prdidas de calor y

b) Guiar los gases y humos calientes en su recorrido.

Para mejorar la aislacin de la mampostera se dispone a veces en sus paredes de espacios huecos (capas de aire) que dificultan el paso del calor. En algunos tipos de calderas, se ha eliminado totalmente la mampostera de ladrillo, colocndose solamente aislacin trmica en el cuerpo principal y cajas de humos. Para este objeto se utilizan materiales aislantes tales como lana de vidrio recubierta con planchas metlicas y asbestos.

Conductos de humo:

Son los espacios por los cuales circulan los humos y gases calientes de la combustin. De esta forma se aprovecha elcolorentregado por stos para calentar el agua y/o producir vapor.

Caja de humo:

Corresponde al espacio de la caldera en el cual se juntan los humos y gases, despus de haber entregado su calor y antes de salir por la chimenea.

Chimenea:

Es el conducto de salida de los gases y humos de la combustin para la atmsfera. Adems tiene comofuncinproducir el tiro necesario para obtener una adecuada combustin.

Regulador de tiro o templador:

Consiste en una compuerta metlica instalada en el conducto de humo que comunica con la chimenea o bien en la chimenea misma y que tiene por objeto dar mayor o menor paso a la salida de los gases y humos de la combustin.

Este accesorio es accionado por el operador de la caldera para regular la cantidad de aire en la combustin, al permitir aumentar (al abrir) o disminuir (al cerrar) el caudal. Generalmente se usa en combinacin con la puerta del cenicero.

Tapas deregistroo puertas de inspeccin:

Son aberturas que permiten inspeccionar, limpiar y reparar la caldera. Existen dos tipos, dependiendo de su tamao:

Las puertashombre(manhole)

Las tapas de registro ( handhole)

La puerta hombre por sus dimensiones permite el paso de un hombre al interior de la caldera. Las tapas de registro por ser de menor tamao slo permiten el paso de un brazo.

Puertas de explosin:

Son puertas metlicas con contrapeso o resorte, ubicadas generalmente en la caja de humos y que se abren en caso de exceso de presin en la cmara de combustin, permitiendo la salida de los gases y eliminando la presin.

Cmara de agua:

Es el espacio o volumen de la caldera ocupado por el agua. Tiene un nivel superior mximo y uno inferior mnimo bajo el cual, el agua, nunca debe descender durante el funcionamiento de la caldera.

Cmara de vapor:

Es el espacio o volumen que queda sobre el nivel superior mximo de agua y en el cual se almacena el vapor generado por la caldera. Mientras ms variable sea elconsumode vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cmara.

En este espacio o cmara, el vapor debe separarse de las partculas de agua que lleva en suspensin- Por esta razn algunas calderas tienen un pequeo cilindro en la parte superior de esta cmara, llamado " domo" y que contribuye a mejorar la calidad del vapor.

Cmara de alimentacin de agua:

Es el espacio comprendido entre los niveles mximo y mnimo de agua. Durante el funcionamiento de la caldera se encuentra ocupada por vapor y/o agua, segn sea donde se encuentre el nivel de agua.

3. TIPOS DE CALDERAS

La clasificacin mas estandarizada en la industria es:

a. Calderas Pirotubulares:

Estas son calderas dotadas de tubos rectos, rodeados de agua. La llama se forma en el hogar pasando los humos por el interior de los tubos para ser conducidos a la chimenea; presentan una elevada perdida de carga en los humos. Estos tubos se instalan normalmente en la parte inferior de un tambor sencillo o de un caso, abajo del nivel del agua.

En este tipo de calderos, el fluido en estado lquido se encuentra en un recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula fuego y gases producto de un proceso de combustin.

La caldera de vapor pirotubular, concebida especialmente para aprovechamiento de gases de recuperacin presenta las siguientes

Caractersticas.

El cuerpo de caldera, est formado por un cuerpo cilndrico de disposicin horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisin de calor y una cmara superior de formacin y acumulacin de vapor.

La circulacin de gases se realiza desde una cmara frontal dotada de brida de adaptacin, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cmara de salida de humos.

El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cmara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de conexin. En cuanto al acceso, al lado agua se efecta a travs de la boca de hombre, situada en la bisectriz superior del cuerpo y con tubuladuras de gran dimetro en la bisectriz inferior y placa posterior para facilitar la limpieza de posible acumulacin de lodos.

El conjunto completo, calorfugado y con sus accesorios, se asienta sobre un soporte deslizante y bancada de slida y firme construccin suministrndose como unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar las conexiones a instalacin.

b. Calderas Acuotubulares:

En estas calderas los tubos contiene en su interior el vapor o el agua, mientras que el fuego es aplicado en la superficie exterior de los mismos. Los tubos generalmente unidos a uno o ms domos. Los domos van colocados horizontalmente por lo regular. La llama se forma en un recinto de paredes tubulares que configuran la cmara de combustin. Soporta mayores presiones en el agua, pero es ms cara, tiene problemas de suciedad en el lado del agua, y menor inercia trmica.

En este tipo de calderas, el fluido de trabajo se desplaza a travs de tubos durante su calentamiento. Son las ms utilizadas en las centrales termoelctricas, ya que permiten altas presiones a su salida, y gran capacidad de generacin.

4. RIESGOS CON LAS CALDERAS

La seguridad es siempre un tema de gran importancia en la operacin de las calderas porque se trabaja con presiones considerables que pueden representar peligro para los trabajadores y la infraestructura.

Las calderas son recipientes cerrados con quemadores de gas o electricidad que calientan agua u otros lquidos para generar vapor, que estar a presin y sobrecalentado.

Aumento sbito de la presin:

Esto sucede generalmente cuando se disminuye el consumo de vapor, o cuando se descuida el operador y hay exceso de combustible en el hogar o cmara de combustin.

Descenso rpido de la presin:

Se debe al descuido del operador en la alimentacin del fuego.

Descenso excesivo del nivel de agua:

Es la falla ms grave que se puede presentar. Si este nivel no ha descendido ms all del lmite permitido y visible , bastar con alimentar rpidamente, pero si el nivel ha bajado demasiado y no es visible, en el tubo de nivel, deber considerarse seca la caldera y proceder a quitar el fuego, cerrar el consumo de vapor y dejarla enfriar lentamente. Antes de encenderla nuevamente, se deber inspeccionarla en forma completa y detenida.

Explosiones:

Las explosiones de las calderas son desastres de gravedad extrema, que casi siempre ocasionan la muerte a cierto nmero de personas. La caldera se rasga, se hace pedazos, para dar salida a una masa de agua y vapor; los fragmentos de la caldera son arrojados a grandes distancias.

Estos accidentes desgraciadamente frecuentes, han sido atribuidos durante mucho tiempo a causas excepcionales y fuerza del alcanza de la prevencin, es decir, se les ha considerado como caso de fuerza mayor.

El estudio de las causas de las explosiones he permitido determinar que estas se deben a:

Construccin defectuosa

Falla de los accesorios de seguridad, vlvula de seguridad que no habrn oportunamente o no son capaces de evacuar todo vapor que la caldera produce.

Negligencia, descuido o ignorancia del operador.

Mezcla explosiva en los conductos de humo.

Falta de agua en las calderas (la ms frecuente )

Incrustaciones masivas o desprendimiento de planchones.

5. MANTENIMIENTO DE CALDERAS

El mantenimiento idneo de los elementos de una planta de vapor es un factor importante para la correcta operacin de los procesos.

Es indiscutible, dentro de la actividad industrial actual, que sin el debido mantenimiento no se puede pretender la eficiencia en ningn proceso industrial; tratndose de equipos que trabajan con muchas variables y que su manipuleo conlleva un alto riesgo.

ACCESORIOS DE LIMPIEZA

Sirven para limpiar el interior de la caldera, tanto por el lado de losgasescomo por el lado del agua.

PUERTAS DE INSPECCIN

Segn sus dimensiones se llaman puertas dehombreo tapas deregistro- Estas ltimas slo permiten el paso de un brazo. Ambas puertas sirven para efectuar limpiezas o inspecciones en el interior de los colectores principales o de los tubos segn sea su ubicacin.

LLAVES DE PURGA

Vlvulas de extraccin de fondo.-Van ubicadas en las partes ms bajas de la caldera y sirven para extraer los lodos o barros provenientes de la vaporizacin de aguas duras yaccindel uso de desincrustantes. Tambin se usan para vaciar las calderas. Estas llaves se deben abrir totalmente y dejar libre toda la seccin de la caera de descarga.

Vlvulas de extraccin de superficie.-Algunas calderas tienen tambin a la altura del nivel de agua, dentro de la cmara de alimentacin, una llave llamada de extraccin de superficie para botar algunas impurezas livianas.

ANEXO

VISITA A LA CALDERA DE LA PLANTA DE LA UNP

La visita a la planta se realizo el da martes 12 de Mayo, en horas de clase. Fuimos con el grupo de alumnos del curso de Fuerza Motriz, junto al profesor Ricardo Seminario Vsquez, quien nos gui en todo momento.

La planta tiene unos 50 aos de creacin y est en desuso, por ahora. Al inicio nos encontramos con maquinas e instrumentos donde se preparaban mermeladas y otros productos que se producan para la venta al pblico en general.

Luego pasamos a un pequeo compartimiento donde se encontraba la caldera de un color azul y de por lo menos unos 4 metros de largo, y de 40HP.

Es una caldera horizontal que conserva sus componentes, y que se puede poner en funcionamiento nuevamente. Entre estos componentes logramos distinguir:

El quemador

La chimenea

El panel de control

El sistema de purga

Las puertas de inspeccin

El tubo de nivel de agua

Y los medidores de presin y temperatura entre otros.

Observamos que el quemador se alimentaba por medio de una serie de tubos por los que pasaba el combustible.

Luego el profesor nos llevo al pozo de agua que se encuentra fuera del cuarto de la caldera, y se usaba para suministrar el agua que generara vapor.

Nos explico que en la planta los estudiantes hacan sus prcticas, aplicando sus conocimientos. Y que las ventas de los productos fueron creciendo, pero que por descuido de las autoridades, se fueron perdiendo clientes y dejando de utilizar la fbrica, hasta que hace unos aos que no se utiliza.

Tambin observamos que los controles se accionaban manualmente.

Finalizando se refiri a que en poco tiempo se estar remodelando la planta, as como la caldera y sus componentes, y que habrn oportunidades para los estudiantes nuevamente para que realicen sus prcticas y desarrollen sus habilidades; siendo una buena iniciativa por el bien de toda la universidad.

CONCLUSIONES

Como principal conclusin de este trabajo se reconoce la funcin fundamentas que cumplen las calderas de vapor en diversos procesos industriales, donde el vapor es el elemento principal.

Tambin se concluye con que actualmente las calderas estn empleando sistemas automticos de control que son sistemas ms modernos que nos van a permitir mayor eficiencia y mejor utilizacin de esta.

Tambin con la conclusin que se debe tener un adecuado sistema de mantenimiento para todas las partes constitutivas de la caldera a fin de garantizar el optimo funcionamiento y preservacin de su vida til.