CALDERAS

LA CALDERA PUEDE SER UN GENERADOR DE VAPOR QUE SE UTILIZA

GENERALMENTE PARA: PROCESOS INDUSTRIALES

- GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

AL TRATARSE DE DIFERENTES PROCESOS, IMPLICA LA NECESIDAD DE
VAPORES CON DIFERENTES CARACTERÍSTICAS TALES COMO PRESIÓN,
TEMPERATURA Y CAUDAL. PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA, SE REQUIEREN GRANDES CANTIDADES DE VAPOR A ALTA
PRESIÓN Y TEMPERATURA.
CALDERA DE AGUA CALIENTE. UTILIZA EL CALOR CEDIDO POR UNA
FUENTE TÉRMICA PARA AUMENTAR LA TEMPERATURA DEL AGUA HASTA
UN ADECUADO VALOR PARA SU UTILIZACIÓN YA SEA PARA SERVICIO
SANITARIO , CALEFACCION O PRESTACIONES INDUSTRIALES,
 PROCESOS
INDUSTRIALES CON USO
DE VAPOR
 DIAGRAMA DE BLOQUES BASICO DE
GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA
ESQUEMA BASICO DE UNA INSTALACION DE
GENERACION ELECTRICA
CICLO HIRN CON RECALENTAMIENTO

T2 = T4 Y T3 = T5 1/6 P3< P4 < 1/5 P5

 CICLO HIRN CON RECALENTAMIENTO

- Se requiere un calor aún mayor en la caldera para calentar y

evaporar (1-2), sobrecalentar (2-3) y recalentar (4-5) el vapor.

- Las turbinas entregan una mayor cantidad de trabajo.

- Se obtiene un mayor rendimiento por la incorporación de una

zona de temperaturas extremas mayores.

- Se soluciona completamente el problema del vapor húmedo,

obteniéndose un vapor totalmente seco de título X = 1.
CICLO CON REGENERACION
 CICLO CON REGENERACION
- Se incorpora un calentador de mezcla

- Disminuye el trabajo que entrega la turbina debido a

las extracciones de vapor.

- El calor que necesita la caldera es menor debido al

aprovechamiento del calor proveniente del vapor
extraído. Se ahorra el calor (7-8).

- Aumenta el rendimiento del ciclo.

 CALDERAS PARA GENERACION ELECTRICA

GENERADOR DE VAPOR PARA GENERACION ELECTRICA : caldera de vapor

ACUOTUBULAR sumada a una serie de componentes auxiliares que aumentan la
generación de vapor y el rendimiento de la caldera.
Estos componentes auxiliares son:

- Economizadores

- Sobrecalentadores

- Recalentadores

- Calentadores de aire
CALDERA ACUOTUBULAR CON COMPONENETES
AUXILIARES

2 3

1
SOBRECALENTADORES POR RADIACION Y POR CONVECCION
 SOBRECALENTADORES POR RADIACION Y POR CONVECCION

-El sobrecalentador de convección se emplea cuando la temperatura de los gases es pequeña. En una unidad
generadora de vapor que utilice este diseño, la temperatura del vapor que sale del sobrecalentador aumenta con
la producción de la caldera.

-El sobrecalentador de radiación recibe la energía desde el hogar por radiación, y muy poca convección. Como
el calor absorbido por radiación disminuye tan rápidamente como la producción de la caldera aumenta, la
temperatura de salida del sobrecalentador radiante disminuye al aumentar la producción de la caldera.

Acorde al diseño, las dos curvas de variación de la temperatura, tienen pendientes opuestas correspondientes a
los sobrecalentadores de convección y radiación, se pueden compensar combinando en serie ambos tipos de
sobrecalentadores, obteniéndose para la temperatura del sobrecalentador una curva plana, en amplios márgenes
de carga.
 CLASIFICACION DE CALDERAS
SEGÚN LA DISPOSICION DE LOS FLUIDOS:

a) HUMO TUBULARES: los gases de la combustión recorren por dentro a los tubos, que
están rodeados de agua. Según la posición del cilindro:
a1). HORIZONTALES
a2). VERTICALES

b) ACUOTUBULARES por el interior de los tubos circula el agua (o fluido térmico), y

están rodeados por los gases de la combustión.
b1) CIRCULACION NATURAL por diferencia de la densidad entre agua y mezcla
agua-vapor.
b2.1) CIRCULACION FORZADA (con bomba circuladora): la caldera tiene domos.
b2.2) PASO FORZADO (mediante bomba): la caldera no tiene domos
CLASIFICACION DE CALDERAS

SEGÚN LA PRESION DE TRABAJO:

a) SUBCRITICAS: a1) Baja presión: p < 1 bar.

a2) Media presión: 1< p ≤ 13 bar
a3) Alta presión: p > 13 bar

b) SUPERCRITICAS
 CLASIFICACION DE CALDERAS
SEGUN EL COMBUSTIBLE UTILIZADO:

a) COMBUSTIBLES SOLIDOS: a1) Carbón.

a2) Cultivos energéticos: herbáceos o leñosos.
a3) Biomasa residual: marlo de maíz, residuos de poda,
bagazo, residuos de industrias: de arroz, de la madera, del maní, RSU, etc.

b) COMBUSTIBLES LIQUIDOS: gasoil, fueloil, biocombustibles.

c) COMBUSTIBLES GASEOSOS : GN, GLP, biogás.

d) ELECTRICAS

e) DE RECUPERACION DE GASES: no “queman” combustible, sino que utilizan el calor

remanente de gases de combustión de otro equipo, por ejemplo una turbina de gas.
 CLASIFICACION DE CALDERAS

SEGÚN EL RIESGO: la reglamentación define el riesgo potencial del equipo de acuerdo al

producto del volumen de agua [m3] ó [l] x presión absoluta de trabajo [kg/cm2]:

Ejemplo1: Según la normativa de la G.C.B.A v en [m3]

Categoría 1ª: p .v > 18

Categoría 2ª: 12 < p.v ≤ 18

Categoría 3ª: p.v ≤ 12

INTERIOR DE UNA CALDERA EN OPERACION
(VIDEO)
STOP DE CURSO 3
 QUEMADOR
Es el equipo encargado de introducir el combustible dentro del hogar, en la proporción con aire,
velocidad y turbulencia adecuados, para mantener la combustión apropiada al combustible
utilizado.
PARA COMBUSTIBLE GASEOSO
Son los de operación y mantenimiento más sencillos. Dan combustiones más limpias: bajan drásticamente el costo de limpieza
de los emparrillados de tubos.
Pueden ser:

- Atmosféricos: el gas al salir del paso calibrado, succiona el aire “primario” (40-60 %), el resto lo toma la llama del ambiente:
aire “secundario”.

- De premezcla o no atmosféricos: el gas se mezcla con todo el aire necesario para la combustión; no existe aire “secundario”

DETECCION DE LLAMA POR SONDA:

- Bimetalica
- Térmica
- Electrónica: sonda de ionización, fotocélula, Infrarrojo, Ultravioleta.
 QUEMADOR
PARA COMBUSTIBLE LIQUIDO: Requiere una fina pulverización del mismo, que se puede
lograr de forma:

- Mecánica: con bomba presurizadora e inyectores calibrados.

- Neumática: con el uso de aire comprimido o vapor. Permiten utilizar combustibles pesados.

- Rotativa: el combustible se fracciona al entrar en un tambor que gira a varios miles de rpm.

Los quemadores pueden ser “bi-fuel”: gas-líquido, lo que es importante si no se tiene certeza de
la disponibilidad de gas, régimen tarifario horario, ayuda a quemar un combustible líquido
pesado.
En todos los tipos de quemadores, la llama piloto, la iniciadora de la combustión principal, es
lograda a partir del salto de chispas entre dos electrodos, a los que se aplica una elevada tensión
(7 a 15 kV) circulando una pequeña corriente (mA).
QUEMADOR DE COMBUSTIBLE LIQUIDO
 CURVA DEL QUEMADOR

POTENCIA CALORIFICA EN FUNCION DE CONTRAPRESION EN EL HOGAR

La contrapresión del hogar, deberá ser compensada por la presión de impulsión del
ventilador, que junto con el caudal de aire necesario para la combustión (según el
estado de carga), y el rendimiento del ventilador, determinan la potencia absorbida
por el mismo.
 OBJETIVO DEL QUEMADOR
Lograr una combustión sin exceso/defecto de aire, considerando que las
normativas de emisiones gaseosas (NOx, CO, HC, MP) son progresivamente
más restrictivas.

Siendo el objetivo de EFICACIA (potencia calorífica), EFICIENCIA

(consumo) y niveles de NIVELES DE EMISIONES, en la actualidad lo más
recomendable es adoptar un quemador con controlador electrónico, que
comandan un servo motor para cada variable: aire, combustible, cámara de
mezcla variable.
El control de la combustión más preciso se logra con un lazo de control de la
sonda Lambda: λ = [A/C]real / [A/C]esteq, ubicada a la entrada de la chimenea.
CALDERA HUMOTUBULAR VISTA INTERIOR
Y QUEMADOR EN OPERACION
(VIDEO)
 SEGURIDAD DE LAS CALDERAS

1. Nunca perder nivel de agua con fuego en la caldera.

Si no se tiene agua o se produce una pérdida significativa, se debe apagar el fuego
inmediatamente.
2. Evitar explosiones o siniestros en la caldera debido a problemas de combustión o de presión.
SISTEMA DE DETECCIÓN DE LLAMA. Si no hay llama, se debe cerrar el suministro de combustible para evitar
explosiones debido a la combustión. Cuando no se observa la llama, se manda a cerrar la entrada de combustible
del quemador.
PURGA O BARRIDO. De los gases de la caldera se realiza previo al encendido de la misma para evitar que haya
quedado una mezcla explosiva. Se hace circular un caudal de aire durante un determinado tiempo y una vez que se
finaliza con el barrido, se habilita el encendido de la caldera. Se puede medir el tiempo en el que circula el caudal de
aire o se puede medir el propio caudal que circula.
NIVEL DE AGUA. Se fijan niveles de alarma y de disparo por alta y por baja. Si disminuye en forma significativa su
nivel y alcanza el de disparo por baja, se manda a cerrar la entrada de combustible y se apaga la caldera . Cuando
se supera el nivel máximo del domo, se procede de la misma manera pero en este caso es para evitar que circule
agua hacia el sobrecalentador y baje la calidad del vapor.
PRESIÓN. Se controla la presión y en base a ella se regula el caudal combustible en el quemador. Si la presión es
muy elevada y supera a la presión de diseño de la caldera, dispone de válvulas de seguridad para aliviar la presión.
CANTIDAD DE AIRE Y PRESIÓN DE COMBUSTIBLE. La presión de combustible tiene un valor mínimo. Si cae por
debajo de ese valor, se apaga el quemador evitando explosiones posteriores. Si el caudal de aire disminuye se pone
en riesgo la combustión. Se produce un disparo que cierra la válvula de combustible.
IMAGENES DE ACCIDENTES EN CALDERAS
 OPERACION Y MANTENIMIENTO DE
CALDERAS
-Debe estar a cargo de personal capacitado y responsable.
-Del equipo, es importante que el conjunto de dispositivos e instrumental de la caldera y equipos accesorios
deben ser de buena calidad con mantenimiento adecuado no solo acorde a la normativa legal sino respetando
las recomendaciones del proveedor

. Detector de
Llama

DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD
OBLIGATORIOS Y SUPLEMENTARIOS
 DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD
OBLIGATORIOS
Cortan el suministro de combustible en caso de alcanzarse valores críticos de los
parámetros operativos, y sin haber llegado al valor de apertura de la válvula de seguridad.

VS: válvula-s de seguridad; según la normativa está duplicada.

LP: limitador de presión máxima admisible de operación

LNA: limitador de nivel mínimo de agua.

 DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD
SUPLEMENTARIOS
ION: Indicadores ópticos de nivel de agua
VA: válvula de aireación; necesaria para el llenado/vaciado y venteo residual de la caldera.
VPL: válvula de purga de lodos; para retirar los residuos que decantan en el fondo de la caldera.
 DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD
SUPLEMENTARIOS
VPCS: válvula de purga continua de sales: para mantener concentración dentro de un máximo.
-Suciedad en las válvulas de control.
-Bloqueo de los purgadores (trampas de vapor).
-Ensuciamiento de los intercambiadores.
 DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD SUPLEMENTARIOS
EN: estos electrodos comandan el arranque/parada de la bomba alimentadora; el funcionamiento
de la bomba podrá ser del tipo On/Off o Modulante: la bomba modifica la velocidad según la
variación del nivel. También hay un nivel de mínima que ordena al controlador del quemador
cortar el combustible.

Control de nivel “todo-nada”

o On / Off
 DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD
SUPLEMENTARIOS

Control de nivel
“Modulante”
 AGUA DE ALIMENTACION
Nivel adecuado de Calidad determina: Operación sencilla de la caldera,
Maximiza el rendimiento energético, Minimiza el mantenimiento y la Calidad del
producto sea esta agua o vapor

Nivel inadecuado o bajo de Calidad determina : Incrustaciones y Corrosión que

en conjunto provocan :
- Incremento de la resistencia térmica de las superficies
de intercambio de calor ,
- Disminución del intercambio de calor. Acero: 40 kCal/m 2h°C vs. Incrustaciones:
≤ 6 kCal/m2h°C.
- Pérdida de la resistencia mecánica de la pared.
- Envejecimiento prematuro del equipo.
- Incremento del consumo de energía.
- Operación riesgosa: aumento de la probabilidad de explosión.
 PARAMETROS DE CALIDAD DEL AGUA

- pH. Bajo pH → corrosión. Alto pH → incrustaciones.

- Dureza. iones Ca y Mg, producen incrustaciones.
- Oxígeno. Favorece el proceso de corrosión, el cual se agudiza con el incremento de la P y T.
Importante: agua de alimentación de la caldera tenga la máxima temperatura posible (tolerable por
la bomba y el sistema de alimentación) ya que el O2 disuelto baja con la temperatura
- Fe y Cu. Forman depósitos en las superficies de transferencia.
- CO2. Corrosión que se manifiesta en forma de fisuras. El CO 2 se disuelve en el agua (condensado) formando
ácido carbónico.
- Aceite. Causa la formación de espuma y ésta provoca el arrastre de líquido en el vapor.
- Sólidos Totales Disueltos. Es la suma de todos los sólidos presentes en el condensado.
- Sólidos en Suspensión. Es la cantidad de impurezas no disueltas en el agua.
Ej.: arena, arcilla, materia orgánica, metales.
- Sílice. Cuando está presente en el agua, formará incrustaciones muy duras o de muy baja conductividad.
- Alcalinidad. Representa la cantidad de carbonatos, hidróxidos, fosfatos, silicatos, bicarbonatos disueltos en el
agua, y conocer su magnitud permitirá evitar formación de incrustaciones.
- Conductividad. Es el parámetro que permite conocer la cantidad de sales disueltas. [µS/cm]
 PROBLEMAS OCASIONADOS POR LA CALIDAD DEL
AGUA
Sedimentos: Depósitos blandos eliminables con agua a presión o arrastrables.

Incrustación: Depósitos duros adheridos a superficies calientes, de difícil remoción, en forma de placas. Silicatos,
en calderas de media y alta presión destinadas a producir vapor para turbinas, debe ser eliminado, porque al precipitar
en los álabes, los desbalancea.

Espumas: Se manifiestan en la superficie del líquido; presencia de aceites, grasas saponificables, jabones, sólidos en
suspensión, excesiva concentración de sales.

Arrastres: En el condensado (de vapor), hay presencia de sales del agua de la caldera. Demanda de vapor mayor a
la capacidad de la caldera, apertura demasiado rápida de la válvula de vapor, nivel de agua muy alto, mal diseño .

Corrosion: Es la destrucción progresiva de un metal por la reacción de éste con el medio que lo rodea. Para tener
idea de su magnitud en los perjuicios que ocasiona, se calcula que 1/3 de la producción mundial de acero está
destinada a reemplazar componentes debido a la corrosión.
Es un proceso muy complejo donde intervienen variables de diseño y fabricación (material, terminación superficial,
puentes eléctricos, estados de tensión, etc.), y variables operativas (humedad, pH (acidez), excesiva velocidad del
flujo, sales, gases (cloruros), sedimentaciones, recalentamientos.
 TRATAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACION
DESCALSIFICACION : Con resinas de intercambio iónico . En este proceso la dureza del agua
(mayormente iones de Ca y Mg) se intercambian por iones de Na. Las resinas se regeneran con
una solución de NaCl. Económico en sistemas pequeños con elevada tasa de condensados
DESMINERALIZACION POR OSMOSIS INVERSA: Paso atravez de membranas que actúan
como filtro a nivel molecular. Sistemas grandes y alta calidad. Se suele acondicionar el agua
previamente con productos químicos para evitar bloqueo de la membrana.

DOSIFICACION DE QUIMICOS:
-Secuestrantes de O2 (sulfitos,hidracina,etc) remueven el O2
-Controladores del pH (fosfato) también ayudan a controlar la dureza
 PARAMETROS DE SELECCION DE CALDERAS
a) Presión máxima de servicio (presión de trabajo)
b) Temperatura de servicio: temperaturas de operación que alcanzarán los fluidos utilizados en condiciones normales
c) Potencia Nominal: energía térmica por unidad de tiempo, aportada por el combustible.
d) Potencia Útil: energía térmica neta por unidad de tiempo aportada al fluido caloportador. Es usual también referir la
capacidad horaria de producción de vapor a una determina presión y con alimentación de agua a determinada temperatura, ej.:
2000 kgvapor / h a 20 bar con Tagua alimentación = 60 °
e) Pu [kW] = mv [kgvapor saturado / s] . (hvs [kJ/kg] – ha [kJ/kg])
f) Rendimiento: es la relación entre Potencia Útil y Potencia Nominal.
g) Superficie de calefacción: superficie de intercambio de calor entre la fuente térmica y el fluido caloportador; generalmente
con dos componentes: superficie de radiación + superficie de convección.
h) Emisiones en los gases de escape: Acorde a las normas
i) Combustible disponible: con mejor relación costo-calidad
j) Calidad de agua disponible : En base a esto se decide sobre la instalación de tratamiento
k) Espacio disponible : Acorde a normas
l) Caldera de vapor ; Caldera de agua caliente ; Caldera de fluido térmico : según el fluido caloportador
m) Caldera manual : personal calificado para su operación
n) Caldera automática : solo personal calificado puesta en funcionamiento y ante la acción de alguno delos dispositivos de
bloqueo