PROBLEMAS EN CALDERAS

 A.2. ¿Cuál es la diferencia entre las calderas de vapor acuotubulares y pirotubulares?

La diferencia radica en que en las calderas de vapor acuotubulares el agua pasa por el interior de los tubos y los gases de combustión pasan por la coraza, mientras que en las calderas pirotubulares los gases producto de la combustión pasan por el interior de los tubos y el agua por la coraza.

 A.5.- ¿Por qué se utilizan los precalentadores de agua y aire en el interior de la caldera?

Para incrementar la eficiencia de operación de la caldera, ya que estas secciones recuperan la energía residual en los gases de combustión.

 A.6.- ¿ Qué nos representa un diagrama de Sankey en la caldera?

El diagrama de Sankey nos representa la distribución energética de las corrientes involucradas en la operación de la caldera.

 A.7.- ¿Cómo se puede determinar las pérdidas por radiación de las calderas de vapor sin utilizar la gráfica del código ASME?

Estableciendo un programa de medición de las temperaturas de superficie en las paredes de la caldera, así como de la temperatura ambiente. Estas actividades se pueden realizar de acuerdo a:

Utilizando termómetros de superficie, se deben seccionar las áreas, realizando cinco mediciones por sección y tomar el valor promedio.

Utilizando una termovideografía reduce los tiempos de toma de lecturas, se toman los valores reportados en la evaluación

acuerdo a estos valores se calculan las pérdidas por radiación y convección. Cabe mencionar que estas evaluaciones se deben realizar bajo diferentes valores de temperaturas ambientales, ya que está presenta cambios a través del tiempo

En la sección herramienta del módulo de generación y distribución de vapor, se describen a detalle las actividades y formatos a utilizar.

 A.8.- ¿Porque es importante mantener el exceso de aire recomendado por el fabricante de los quemadores para la combustión en las calderas?

Porque este valor permite operar de forma eficiente la caldera, minimizando las pérdidas de energía en los gases de combustión.

 A.9.- ¿ Porque es importante medir el O2 en los gases de combustión?

Este parámetro nos indica el exceso de aire con el que opera la caldera, Los valores típicos que nos indican una operación adecuada es del 2 a 4% dependiendo del tipo de combustible, su composición, y tipo del quemador.

 A.10.- ¿ Porque es importante medir el CO en los gases de combustión?

Este parámetro nos indica detectar problemas en la combustión del combustible, debido a la operación deficiente en quemadores; bajos excesos de aire utilizados en el proceso de combustión.

Además el monóxido de carbono representa un riesgo debido a su toxicidad y a su flamabilidad.

 A.11.- ¿Qué representa el índice de opacidad en las calderas?

Un valor alto en el índice de opacidad, índica depósitos de cenizas en el hogar y en las superficies de intercambio de calor, reduciendo la eficiencia del equipo.

B. AISLAMIENTO

B.1.- ¿Por qué se utilizan los aislamientos térmicos?

Estos se utilizan para la conservación de energía en las corrientes de proceso, manteniendo el consumo de energía en el proceso. Estos aislamientos se emplean tanto a líneas operando a altas temperaturas como aquellas que operan a bajas temperaturas.

También se emplean para proteger al personal de superficies sujetas a temperaturas mayores de 60 ºC.

 B.2.- ¿Por qué se debe de limitar la transferencia de energía a través del aislamiento?

Esto se establece mediante la relación entre el espesor del aislamiento y la transferencia de calor a través del aislante, la norma oficial mexica NOM-009-ENRG-1995, establece los valores de máxima transferencia de calor permisible a través de los aislamientos y representa el valor

económicamente factible entre el espesor del aislamiento y las pérdidas de energía. Esto contribuye a reducir consumos de energía el cual se traduce en costos de operación. Es frecuente aceptar hasta 5% de pérdidas de calor.

 B.3.- ¿Cómo evaluar el aislamiento?

En la sección metodología y herramienta se presentan los lineamientos que deben seguirse en la evaluación de los aislamientos, así como los formatos a utilizar. También en el elemento términos de referencia se dan los lineamientos mínimos que debe cubrir un consultor durante su evaluación.

C. TRAMPAS DE VAPOR

C.1.- ¿Qué es una trampa de vapor?

Una trampa de vapor es una válvula automática cuya misión es descargar condensado sin permitir que escape vapor vivo.

 C.2.- ¿Cuales son las principales funciones de la trampa de vapor?

Drenar los condensados, manteniendo las condiciones de presión y temperatura del vapor requeridos en los procesos.

Eliminar el aire y otros gases no condensables, el aire y los gases disminuyen el coeficiente de transferencia de calor. Se debe tener en cuenta que la presencia de oxígeno y bióxido de carbono son corrosivas en presencia de condensado.

Evitar pérdidas de vapor de alto contenido energético, así como agua del sistema.

 C.3.- ¿Cuales son los principales tipos de trampas de vapor?

De acuerdo a las condiciones de operación, se clasifican en:

Termostática:Esta opera por diferencia de temperatura entre el vapor y el condensado.

Mecánica:la operación de esta trampa se basa en la diferencia de densidades del vapor y del condensado.

Termodinámica:este tipo de trampa se basa en el cambio de estado que sufre el condensado.

 C.4.- ¿Cómo funcionan las trampas termostáticas?

Bajo condiciones normales, las trampas termostáticas retienen el condensado hasta que se enfría una parte del mismo, permaneciendo cerrada la válvula principal y evitando que aparezcan pérdidas. Desafortunadamente esto puede causar inundaciones en los equipos, reduciendo la capacidad de calentamiento e incrementando el consumo de vapor para lograr la temperatura deseada; el consumo adicional de energía se atribuye a la operación deficiente de la trampa de vapor.

La situación puede cambiar bajo condiciones sin carga, ya que las pérdidas de calor del cuerpo de la trampa enfrían el condensado que se encuentra alrededor del elemento, causando que la válvula abra, con lo cual una pequeña cantidad de condensado es descargado y reemplazado por vapor. Sin embargo, debido a la histérisis, el elemento responde con un breve retraso y un poco de vapor vivo se pierde. Pruebas de laboratorio indican pérdidas de vapor hasta de 5 kg/h.

Cualquier intento para aislar una trampa termostática ocasionará retrasos significantes en la apertura de la válvula, pudiéndose dar lugar a inundaciones críticas en los equipos; por esta razón normalmente no se recomienda aislamiento para este tipo de trampas.

 C.5.- ¿Cómo funcionan las trampas mecánicas?

La de flotador es una trampa distinta, donde la válvula y el asiento están normalmente inundados, por lo que no se pierde vapor a través de aquella. Sin embargo la trampa es relativamente grande y pierde calor suficiente por radiación.

Las trampas de cubeta invertida han mostrado pérdidas menores bajo condiciones de baja carga. Esto se debe a las pérdidas de vapor a través del orificio de venteo.

La trampa de flotador puede (y debe) ser aislada para que no se afecte su operación. El aislamiento de la trampa de cubeta invertida afectará su operación lentamente, lo cual en algunos casos puede ocasionar inundaciones; normalmente este tipo de trampas no se aislan.

 C.6.- ¿Cómo funcionan las trampas termodinámicas?

Las trampas termodinámicas pierden algo de vapor en condiciones de baja carga. El condensado a una temperatura cercana a la del vapor produce vapor instantáneo (flash al salir por el orificio, causando que la trampa cierre). El condensado está en el lado de la corriente de salida y la inundación asegura que no se pierda vapor a través de la trampa, pero el calor es perdido por el bonete de la válvula y la trampa abrirá periódicamente. En condiciones de baja carga el condensado en la corriente de salida puede llegar a escapar, requiriendo la trampa vapor vivo para cerrarse.

Aunque mucho dependen de la temperatura ambiente, las pérdidas normalmente son alrededor de 0.5 kg/h y pueden ser el doble en casos críticos. Sin embargo, las pérdidas pueden ser reducidas por ajuste de una cubierta aislante en la parte superior del bonete. En cualquier caso, cuando

la carga de condensado se incrementa, las pérdidas de radiación son mínimas, debido al pequeño tamaño de la trampa, y las pérdidas posteriores no son probablemente, superiores a 0.25 kg/h.

Cuantificar los requerimientos de energía de las trampas de vapor no es fácil, hay muchas variables involucradas, tales como las condiciones ambientales, temperatura y presión de vapor, y la carga en el sistema. El comportamiento de las trampas también dependerá de su tamaño y diseño.

 C.7.- ¿Cómo se verifica que el comportamiento de las trampas de vapor?

La eficiencia de cualquier equipo o instalación que utilice vapor está en función directa de la capacidad de drenaje de condensado, por ello es fundamental que la purga de condensados se realice automáticamente y con el diseño correcto.

Hay tres tipos de falla, que han sido encontradas en las trampas de vapor:

Falla de posición cerrada, que es notable por el pobre comportamiento del equipo debido a inundaciones con condensado. Esta clase de falla pasa desapercibida en las tuberías de vapor.

Falla en la posición abierta, que causa pérdidas de vapor vivo. Las trampas frecuentemente descargan a un sistema de retorno de condensados y el vapor vivo que sale por el tanque de almacenamiento puede indicar problemas, no obstante es difícil localizar la trampa defectuosa.

Operación deficiente, que es la falla más común, y también la más difícil de identificar y localizar; resultando la pérdida de vapor. Puede ser causada por numerosas razones específicas a cada tipo de trampa y los ejemplos son excesivamente repetitivos; cierre incompleto de válvulas, cierre lento en respuesta al vapor etc.

 C.8.- ¿Cómo se verifica que el comportamiento de las trampas de vapor que descargan a la atmósfera?

Las trampas descargando a la atmósfera presentan facilidad y seguridad para verificar su operación. Aún para una persona no familiarizada con ellas, es fácil observar la descarga de la trampa y decidir en todo caso si trabaja correctamente. Las trampas que descargan en forma continua o intermitentemente son particularmente fáciles de verificar; cuando la trampa usada esta cerrada, únicamente una pequeña neblina debe ser visible y ésta es causada por la evaporación de pequeñas gotas que salen por la conexión de salida. Cuando la trampa está descargando normalmente habrá una cantidad de vapor producido por la vaporización instantánea, que sale junto con el condensado y no debe ser confundido con vapor vivo.

Las trampas termodinámicas, de presión balanceada convencionales y de cubeta invertida, manejando cargas moderadas trabajarán de esta forma.

Las trampas de flotador, bimetálicas y algunas de presión balanceada con elementos de acero inoxidable, en muchos casos darán una descarga

continua. Con estos tipos de trampas es más difícil decidir si trabajan correctamente; sin embargo, si hay una zona en la descarga de la tubería con una neblina azulosa, ello será una fuerte indicación de que por la trampa está pasando vapor vivo.

 C.9.- ¿Cómo se verifica que el comportamiento de las trampas de vapor que tienen mirillas de vidrio?

La mirilla de vidrio mostrada es sólo una ventana colocada en el lado de la descarga de la trampa, de tal forma que el flujo descargado pueda ser observado. Generalmente es efectiva en el caso de trampas que tienen una descarga limpia, pudiendo ser necesaria alguna experiencia para juzgar si la descarga de la trampa es correcta, particularmente si estas descargas son grandes.

En algunas instalaciones puede ocurrir que se presenten incrustaciones en el lado del vidrio, causando problemas. Estos depósitos también afectarán el lado del vapor siendo indicativo de que el tratamiento del agua de alimentación debe ser verificado.

 C.10- ¿Cómo se verifica que el comportamiento de las trampas de vapor mediante la medición de la temperatura?

Otro viejo método establecido para verificar el funcionamiento de las trampas de vapor es la medición de temperaturas en la entrada y descarga de ellas. Existen métodos que utilizan desde crayones sensitivos a la temperatura hasta pirómetros infrarrojos, lo que han sido usados y desafortunadamente solo han sido útiles para valores limitados ya que únicamente funcionan cuando una trampa causa serios inundamientos, pudiendo tener relevancia solo en el caso de trampas termostáticas. Sin embargo si la temperatura del condensado y el vapor formado por vaporización (flash), en el lado de la descarga de una trampa trabajando normalmente cerca a los 100 ° C es la misma que la del vapor vivo, se tiene por conclusión que la medición de temperatura no permite tener una guía para saber el comportamiento de la trampa.

 C.11.- ¿Cómo se verifica que el comportamiento de las trampas de vapor mediante la comprobación de sonido producido?

Otro método bien establecido para detectar el funcionamiento de una trampa, consiste en escuchar por medio de un estetoscopio, el sonido que hace la trampa al operar.

El estetoscopio empleado en estos casos es un aparato similar al usado por los médicos y es de utilidad para detectar funcionamientos anómalos o averías en las trampas de vapor. Consiste en una sonda metálica, que al ponerla en contacto con la trampa de vapor, transmite las vibraciones a los auriculares a través de una membrana. Su uso requiere cierta experiencia y tiene el inconveniente de que cuando hay varias trampas de vapor próximas, las tuberías transmiten las vibraciones, mismas que pueden dar lugar a errores en el diagnóstico.

 C.12.- ¿Cómo se verifica el comportamiento de las trampas de vapor mediante la medición electrónica?

Un método reciente es provisto por un aparato que utiliza la conductividad del condensado como referencia, e involucra la conexión de un sensor en una cámara que es instalada del lado de la corriente que llega a la trampa de vapor.

La cámara es un pequeño recipiente que se encuentra dividido por una mampara con el fin de evitar que la llegada de condensado forme una acumulación turbulenta. Cuando la trampa trabaja normalmente, el condensado fluye bajo la mampara y un pequeño orificio en la parte superior de la misma iguala la presión en las dos partes de la cámara. Un sensor localizado en el lado de la corriente que entra a la cámara, detecta la presencia de condensado y oprimiendo un botón en el indicador portátil, es cerrado un circuito que indica que la trampa está trabajando correctamente. Si la trampa falla en la posición abierta, un volumen relativamente grande de vapor fluye hacia ella, lo que ocasiona una depresión en el nivel de condensado del lado en que se alimenta la cámara, dejando descubierto el sensor e interrumpiendo el circuito eléctrico, con lo cual el indicador portátil señalará que la trampa está fallando.

La ventaja de este sistema es la interpretación inequívoca de la señal, sin recurrir a experiencias o juicios personales. Usando alambres adecuados el indicador puede estar alejado de la cámara, lo que podría ser una ventaja en el caso de trampas en niveles altos o en tuberías que no tengan fácil acceso. La desventaja es el costo adicional de este sistema para cada trampa.

 C.13- ¿Cómo se verifica el comportamiento de las trampas de vapor mediante la utilización de detectores de fugas por ultrasonido?

Se basa en el principio físico de que un fluido al pasar por un orificio restringido, produce vibraciones de frecuencia por encima de la audible, o ultrasonidos.

Consiste básicamente en una sonda de contacto o receptor de ultrasonidos, un traductor que convierte las señales de ultrasonidos en impulsos eléctricos y un amplificador, filtros y convertidor de la señal en sonido audible por los auriculares. Además lleva un micrófono direccional que detecta ultrasonidos procedentes del ambiente.

Ventajas:Es muy sensible y puede ajustarse según el tipo de fuga a detectar. Resulta muy útil para inspecciones rápidas.

En trampas de vapor de descarga continua es más fácil determinar si lo que produce el ultrasonido es la descarga de condensado o una descarga de vapor.

 C.14.- ¿Cómo se deben de interpretar los sonidos producidos en una trampa de vapor?

Los varios tipos de trampas de vapor hacen diferentes sonidos cuando están en operación. Un operador o técnico puede ser entrenado para reconocer estos sonidos y diagnosticar cuando una trampa de vapor funciona en forma incorrecta (esto se aplica también al estetoscopio)

Las trampas de cubeta invertida fallan, por lo regular, en la posición abierta, dando como resultado un sonido continuo similar al del vapor cuando pasa por la trampa; la cubeta también puede ser oída, cuando golpea con el cuerpo de la trampa.

Las trampas de flotador y termostáticas normalmente fallan en la posición cerrada. Un pequeño orificio en el flotador de la válvula hará que éste, por su propio peso, caiga hacia abajo; también un golpe de ariete puede causar que el flotador se colapse. En estos la trampa es defectuosamente cerrada y ningún sonido será escuchado. Alternativamente, si la trampa tiene fallas en la posición abierta, será oído un sonido continuo, como cuando el vapor pasa a través de la trampa.

Las trampas termodinámicas generalmente fallan en la posición abierta, permitiendo el paso continuo de vapor. Si la trampa opera normalmente el detector de ultrasonido puede registrar el sonido del disco, en forma cíclica de 4 a 10 veces por minuto.

Las trampas termostáticas, cuando fallan en posición cerrada, lo hacen en forma silenciosa, mientras que aquellas que fallan abiertas producen un continuo sonido de vapor. En operación normal el detector ultrasónico será capaz de registrar el sonido del ciclo de apertura y cierre de la válvula

¿Para que agregar cromatos a una torre de enfriamiento atmosférica?

El componente básico del producto es el ión Cro4 (cromato) que tiene la propiedad de inhibir eficazmente la corrosión del acero, cobre, latón, aluminio y componentes soldados a estos sistemas.

Un problema frecuente en las torres de enfriamiento es la proliferación de algas. Esto se elimina por la misma acción de los CrO4, de fuerte acción alguicida.

¿Por qué y en que momento se purga el caldero?

La purga de una caldera es para desalojar el aire, que puede haber ingresado en el sistema de calefacción , y se realiza para que los radiadores calienten en forma pareja, y no existan ruidos en las cañerías, y no se forme vapor en las mismas, estas son algunas de las razones, las purgas se pueden realizar manualmente o también hay purgas del tipo automático.

¿Cuándo se utiliza tuberías de cedula 80?

Cedula 80 se utiliza en tuberias de alta presion, como son gas y vapor.

Purga en torres de enfriamiento

Una torre de enfriamiento enfría el agua evaporando continuamente una parte de ésta. Aunque la pérdida de agua por evaporación se reabastece mediante el sistema de recuperación, sale de la torre como agua pura, dejando detrás su carga de sólidos disueltos para concentrarse en el agua restante. Si no hay medios de control, esta concentración de contaminantes en aumento puede alcanzar un nivel muy alto.

Para alcanzar una calidad de agua que sea aceptable para la torre de enfriamiento (así como también el resto de su sistema de agua en circulación), la empresa de tratamiento de agua seleccionada debe trabajar desde un nivel relativamente constante de concentraciones.

Dicha estabilización de concentraciones de contaminantes se alcanza normalmente por medio de la purga, que es la descarga constante de una porción de agua en circulación para desechar.

Color negro en los tanques de combustible

Un tanque que almacena petróleo combustible, el color preferido para este tipo de combustible es el negro, por la absorción de calor que este color propicia, y hace más fluido el petróleo al ganar en temperatura.

Agua de alimentación en calderas

Controlar los niveles de gas en los sistemas de agua de alimentación de plantas de energía y calderas es fundamental para el funcionamiento de la planta. Es importante extraer tanto el CO2 como el O2 del agua. Ambos gases son corrosivos y pueden tener un impacto negativo en el rendimiento de la caldera, corroyendo los metales que toman contacto con el agua de alimentación de la caldera. Históricamente, la inyección de sustancias químicas, las torres de vacío y los desaireadores se utilizan para extraer el oxígeno y el dióxido de carbono del agua de alimentación de la caldera. Sin embargo, los contactores de membrana Liqui-Cel ofrecen muchas ventajas con respecto a estas tecnologías obsoletas, y actualmente muchas plantas escogen los sistemas de membrana debido a que son económicos y compactos.

La inyección de sustancias químicas, utilizada con frecuencia en el mantenimiento de calderas, genera un exceso de depósitos en las superficies de metal. También es necesario manipular las sustancias químicas, lo que constituye un riesgo potencial para la salud de los empleados. A medida que se acumulan los depósitos de sustancias químicas en las superficies de la caldera, ésta debe detenerse y limpiarse en un proceso conocido como purga. La frecuencia de los períodos de purga aumenta si se inyectan sustancias químicas al agua de alimentación. A medida que aumentan las purgas, también lo hacen los costos operativos debido a que ellas generan una pérdida de agua y de calor en el sistema que se debe reestablecer una vez completa la purga.

Los contactores de membrana resultan muy atractivos para muchas industrias que utilizan calderas para generar energía. Los contactores de membrana tienen una superficie 10 veces mayor comparada con las torres de vacío y sistemas de tiro forzado, lo que significa que son muy pequeños y compactos, y que se pueden instalar en interiores. La instalación en interiores cerca de la caldera requiere menos tuberías, y su costo es menor. Los contactores de membrana pueden funcionar en línea y bajo presión. Debido a que aún hay presión positiva en la salida de un sistema de membrana, las bombas de represurización también se pueden aliviar.

Con los contactores de membrana, se puede llegar fácilmente a una extracción de oxígeno de 1 ppb. Compare esto con una torre de vacío común, que sólo alcanza 7 ppb. Del mismo modo, el CO2 disuelto también se puede extraer a 1 ppm, lo que también es más bajo de lo que un desaireador de tiro forzado común puede producir.

El control de la corrosión en las industrias de agua de alimentación de caldera y de energía también es una etapa muy importante para proteger las tuberías y el equipo. Para obtener más información técnica acerca de la desgasificación del agua de alimentación de caldera con sustancias químicas, revise los resúmenes técnicos ubicados a la derecha.