2015 CAUSA EFECTO EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS Alejandro Palacios Rodrigo Sencillez para un mundo complejo [Escriba aquí] ROSMANN INGENIERÍA, SOFTWARE Y MANTENIMIENTO INDUSTRIAL S.L. 1-4-2015
Contenido CAUSA EFECTO EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS... 3 1. AUMENTO DE LA PRESIÓN DE VAPOR... 3 2. DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR... 3 3. AUMENTO DE LA TEMPERATURA DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN... 4 4. DISMINICIÓN DE LA TEMPERTURA DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN... 4 5. AUMENTO DE LOS INQUEMADOS... 4 6. AUMENTO EL % O2 DE LOS GASES... 5 7. AUMENTO DEL % CO2 EN LOS HUMOS.... 5 8. MANTENIMIENTO... 6 9. NORMATIVA... 6 1
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CAUSA EFECTO EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS La caldera industrial de vapor es uno de los equipos más utilizados en las industrias para la producción de energía térmica usada en los diferentes procesos industriales. En muchas instalaciones, la caldera de vapor es el corazón del proceso y su correcta operación y mantenimiento se hace imprescindible para la confiabilidad de los equipos, su conservación en el tiempo y los resultados económicos de la empresa, A continuación presentamos algunos efectos típicos que pueden ocurrir durante la operación de una caldera y su causa posible. Como veremos, en numerosas ocasiones estas causas guardan una estrecha relación con el mantenimiento inadecuado de los equipos. 1. AUMENTO DE LA PRESIÓN DE VAPOR Una de las posibles causas que hacen aumentar la presión del vapor en el interior de la caldera es la disminución brusca del consumo. Al no haber consumo de vapor, este se acumula en la caldera, aumentando la presión en su interior. Dicho aumento de presión puede detener momentáneamente la producción de vapor hasta que se alcanza una mayor temperatura. 2. DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN DE VAPOR Un aumento brusco del consumo puede producir una disminución de la presión en la caldera. Esta disminución de la presión produce dos efectos: 1. Al disminuir la presión, la temperatura a la que se encuentra el agua puede ser superior a la temperatura de vaporización para dicha presión. En ese caso se produce VAPOR FLASH, es decir una vaporización instantánea sin aporte de calor. Esta vaporización instantánea puede provocar un descenso considerable del nivel de agua e incluso la alarma y disparo por nivel bajo. 2. Por otro lado, al disminuir la presión se produce un efecto de expansión del agua (a este efecto se le llama DILATACIÓN ). 3
3. AUMENTO DE LA TEMPERATURA DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN El aumento de la temperatura de los gases de combustión puede deberse a alguna de estas causas: 1. Ensuciamiento de los tubos de intercambio de calor. Las combustiones incompletas y el arrastre de partículas (dependiendo del combustible utilizado) puede ir ensuciando lo tubos poco a poco. Las partículas de inquemados depositadas sobre los tubos tiene un efecto aislante, impidiendo el intercambio de calor. Si los humos calientes producto de la combustión no ceden su calor al agua, estos saldrán más calientes por la chimenea. Se trata de un buen parámetro de control para determinar cuándo se debe programar una parada para realizar mantenimiento y limpieza. 2. Dosificación incorrecta del combustible. Otra causa puede ser una mezcla incorrecta del combustible y comburente, produciendo mayor temperatura de la llama y los humos. 3. Velocidad excesiva de los humos. Una velocidad de salida excesivamente alta no permite la permanencia de los humos calientes el tiempo suficiente para ceder la energía térmica que transportan. En todo intercambiador de calor, la velocidad de los fluidos interviene en la energía transferida. 4. DISMINICIÓN DE LA TEMPERTURA DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN La disminución de la temperatura de los humos puede estar provocada por alguna de las siguientes causas: 1. Mal estado del quemador, entrando una cantidad insuficiente de combustible. Un exceso inadecuado de aire produce el enfriamiento de la llama y una considerable pérdida de rendimiento. 2. Posibles filtraciones de aire a la cámara de combustión. Provocan un exceso de aire por encima de la cantidad óptima. 3. Mala o incorrecta regulación de la entrada de agua de reposición a la caldera. 5. AUMENTO DE LOS INQUEMADOS Los inquemados aumentan fundamentalmente por una combustión incorrecta. Las causas que pueden producir inquemados son: 1. Mal estado del quemador, con dosificación incorrecta de la mezcla aire combustible. 2. Mal estado del ventilador de tiro forzado del quemador. 3. Filtros sucios o en mal estado por mantenimiento inadecuado o falta de él. Hay que tener en cuenta que estos equipos industriales se ajustan en la práctica para no superar ciertos niveles de inquemados. Típicamente 4
este nivel es de 150 ppm de CO. Cuando la combustión no es buena, la llama se torna menos brillante, y su temperatura disminuye, al igual que la de los humos. Si esta situación perdura, la caldera se ensucia, y el efecto es un aumento de la temperatura de salida de los humos por falta de intercambio de calor. 6. AUMENTO EL % O2 DE LOS GASES El aumento del % O2 en los humos puede ser un indicativo de un aumento del exceso de aire, y esto a su vez de una mezcla incorrecta. Puede ser probable el obturado del inyector o sistema de entrada de combustible. 7. AUMENTO DEL % CO2 EN LOS HUMOS. El aumento del CO2 en los humos puede tener dos interpretaciones. 1. En caso de encontrarnos por debajo del punto óptimo de exceso de aire, es decir, no tenemos el exceso de aire suficiente para la combustión completa del combustible, el incremento del porcentaje de CO2 puede significar el acercamiento a dicho punto óptimo y por tanto una mejor regulación de la mezcla, bien por reducción del combustible o por incremento de la cantidad de aire. 2. En caso de encontrarnos ya con combustión completa, el aumento del porcentaje de CO2 supone una disminución del exceso de aire, lo que podría llevarnos a na combustión incompleta. Rendimiento Pto. óptimo Coeficiente de exceso de aire 5
8. MANTENIMIENTO Los equipos sobre los que se debe realizar mantenimiento en las calderas son: Quemador de la caldera Virola, tapas, aislamientos y refractarios Bombas de alimentación a caldera Válvulas de aislamiento y tuberías Tanque de alimentación Sistemas de tratamiento de agua Válvulas de purga Elementos de medida de presión, temperatura y nivel Elementos de control Válvulas de seguridad 9. NORMATIVA Algunos Reales Decretos y normas de prestigio que resultan de interés son: RD 2060/2008 De equipos a presión RD 813/2013 De emisiones industriales, por el que se desarrolla la Ley de control integrado de la contaminación. ASME PTC 4-2008 Performance test de calderas 6