Calderas (Humo Tubulares)

El siguiente artículo, intenta dar una noción de las partes componentes de una caldera humo tubular para todos aquellos operarios, jefes de turnos y de Plantas que diariamente tienen que operar sobre ellas aún desconociendo gran parte de la función de sus componentes y de su funcionamiento.

Y porque no, para todos los empresarios que están confiados con el cumplimiento de los organismos de control, los mantenimientos mensuales, trimestrales, anuales o la inspección periódica de un técnico en seguridad e higiene.

Pero desconocen que la caldera instalada en su Planta requiere diariamente de un chequeo de sus funciones, de un visteo de sus instrumentos o de los daños que sufre por el uso y mayormente de personal con conocimientos concretos.

En algunas plantas, me he encontrado con mecanismos de seguridad trabados o desactivados por el solo hecho de seguir produciendo, o con personal donde sus conocimientos no pasan de encender o apagar el equipo.

Definición de Caldera

Una caldera, es básicamente un recipiente sometido a presión, donde se genera vapor de agua, la presión de trabajo depende de las necesidades de la Planta preestablecida de fábrica.

Voy a agregar a la definición que también el recipiente, esta sometido a la acción del calor en sus partes metálicas y a los elementos que componen el agua de alimentación. De hecho, son las 3 cosas más importantes a controlar, para evitar averías, accidentes o disminución de la vida útil.

Partes componentes

Las partes componentes de una caldera, la vamos a separar en 3.

Las estructurales o de funcionamiento
Los elementos de seguridad
Los elementos de control

Fig. 1…Partes estructurales

Calderas (Humo Tubulares) - Image 1

Como muestra la figura, la caldera esta compuesta por un cuerpo exterior que contiene el agua a calentar. Este cuerpo, se encuentra recubierto con material aislante y una chapa fina como cobertura.

Un hogar donde se inyecta el fuego a través de un quemador, los tubos de 2° y 3° paso, que sirven para que los humos calientes de la combustión se aprovechen para seguir trasmitiéndoselo al agua hasta que por final escapan por la chimenea principal.

En la parte superior se encuentra el Domo donde se aloja el vapor y las riostras que son las encargadas evitar las deformaciones del Domo y las turbulencias.

Fig. 2……Elementos de seguridad y de control

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En la figura 2 se muestran los elementos de seguridad en color Rojo, los elementos de control en Verde.

Todos estos componentes para aumentar la seguridad de una caldera son instalados por duplicado.

Elementos de seguridad

Son los elementos que actuaran ante una anomalía sin la participación o presencia de un operario.

Control de nivel electromagnético (Magnetrol): es un dispositivo electromecánico. Compuesto de un eje que se desplaza verticalmente conforme al nivel del agua. En el contiene partes magnéticas que hacen trabajar a unas ampollas basculantes con mercurio en su interior y con contactos eléctricos. Las ampollas de acuerdo con su posición; abren o cierran circuitos que son los habilitantes para que la caldera se mantenga encendida o se detenga. También son los que controlan las bombas de agua por las que se inyecta agua a la caldera a medida que se va consumiendo.

Presostatos: miden la presión que existe dentro de la caldera, y hacen encender el quemador en caso de medir por debajo de una presión mínima o apagarlo en caso de que la presión supere la máxima establecida. Así la caldera se mantendrá trabajando entre un rango de presiones para mantener una entrega constante de vapor donde se lo necesite. Estos presostatos están regulados de ante mano conforme a la presión de trabajo de la caldera.

Válvulas de seguridad: ubicadas sobre el domo, tienen la función de abrir y dejar escapar el vapor, en caso de que la presión dentro de la Caldera supere la presión de trabajo. La presión a la que están reguladas es un % levemente superior a la de trabajo. Estos dispositivos no son eléctricos, por lo tanto, no están enclavados al sistema de automatización de la caldera. Pero el hecho de que se abran, indica claramente, que algunos de los dispositivos anteriores fallaron. Son el último dispositivo de seguridad que evitaría que la caldera explote. Siempre y cuando sea detectado a tiempo por los operarios. Con esto quiero aclarar que, ante una apertura de las válvulas de seguridad, lo más seguro por hacer, es apagar la caldera y dejar que pierda presión, mientras se va evaluando los motivos de la falla.

Bujía de Seguridad: Enclava la caldera totalmente, actuando como elemento de seguridad en caso de falla de los equipos de control como el Magnetrol. Puede estar instalada en la columna de niveles o en el domo de la caldera. Detecta el bajo nivel de agua

Sensor de temperatura: Esta ubicado en la chimenea de salida. Si en la caldera, no hubiese una transferencia del calor generado en el hogar, hacia el agua, la temperatura de los gases de combustión sería muy altos.

Sensores o detectores de llama: Se encuentran en el quemador, la función es que no se abra o permanezca abierto el paso principal de gas, si no se detecta llama, evitando así cualquier acumulación de gas dentro del hogar, que pueda explotar cuando los electrodos de encendido del quemador actúen. No dejare de citar, que antes del encendido del quemador, hay un barrido con aire para asegurar este punto.

Alarma Sonora y/o lumínica: si bien no está detallada en los dibujos, las calderas poseen una campana o timbre y también señales luminosas, que alertan de las fallas en la caldera. Por cada vez que la caldera se detenga por la señal de un elemento de seguridad, una alarma sonora y lumínica les dará una alerta a los operarios. Quienes tendrán que evaluar las causa antes de volver a encender la caldera.

Tapón Fusible: Es una pieza construida en Bronce con un orificio relleno de una aleación de estaño que en caso de bajar el nivel de la caldera y aumente la temperatura a niveles críticos, el estaño se funde y deja escapar el vapor, dando una alarma a los operarios.

Elementos de Control

Son los elementos que el operario debe controlar visual o manualmente en su turno de trabajo. No se encuentran enclavados al circuito eléctrico, pero es importantísimos de controlar. Tarea exclusiva y de conocimiento de los operarios de producción, encargados de turno y operarios de mantenimiento

Mirilla: Desde la mirilla, se puede controlar la llama del quemador, el color, etc.

Visores de nivel de agua: de forma rápida nos dice si la caldera tiene o no tiene agua, condición fundamental para el funcionamiento de esta.

Manómetros: de forma rápida nos da lectura de la presión dentro de la caldera, sirve a los operarios para el control de que la automatización funciona o responde a las lecturas de estas

Purga de superficie: necesaria para la evacuación de

Purga de fondo: Necesaria para la evacuación de los barros formados dentro de la caldera por la acción de químicos agregados en la inyección del agua.

Toma muestras: Lugar donde se extraen muestras de agua, para conocer la conductibilidad de esta.

Funcionamiento de una Caldera Humo tubular

Una caldera genera vapor a través de la transferencia de calor desde el hogar y tubos de humo al agua circundante. Toda la superficie en contacto con el agua se denomina superficie de calentamiento.

La fuente de calor, en este caso está representado por un quemador a gas, pero también es posible hacerlo con gas oíl, carbón, leña o cascara de maní o subproductos de cereales, de legumbres, etc.

La llama originada en el hogar de la caldera transfiere la temperatura al agua a través del cuerpo de hierro, los gases de la combustión llegan al final del cuerpo y retoman por cierta cantidad de tubos, llegando nuevamente al frente de la caldera y circulando nuevamente hacia la parte trasera donde se encuentra la Chimenea para luego escapar al exterior

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Para que una caldera pueda encender y ponerse en funcionamiento, deben cumplirse ciertas habilitaciones por parte de los elementos de control y seguridad.

Y es aquí donde quiero hacer mayor hincapié. En explicar estos enclavamientos y habilitaciones que hacen de una caldera generadora de Vapor, una máquina segura y confiable.

Tomaremos en este caso el encendido de una Caldera recién instalada o el encendido de todas las semanas considerando que la caldera estuvo apagada el domingo.

La caldera se encuentra instalada, los servicios de gas, agua, aire comprimido y electricidad habilitados.

Voy al tablero principal y doy encendido. Antes de que el quemador encienda, se debe cumplir que:

Elemento de control

el nivel de agua se encuentre visible dentro del tubo de vidrio.
La presión en los manómetros es 0

Elemento de seguridad

el Magnetrol marque cerrando un circuito eléctrico y habilite el encendido del quemador.

Obs: Queda claro que no puede haber una discordancia entre ellos. Y si la hay, debe buscarse el motivo antes de seguir adelante con el encendido de la caldera. Esto es muy importante, no debe haber una falta de lógica entre los elementos de seguridad y los de control.

Ejemplo 1:

El nivel de agua no marca nivel
El Magnetrol, habilita el encendido de las bombas de agua para el llenado de la Caldera.
Los 2 están en coincidencia que falta agua dentro de la caldera.

Ejemplo 2:

El nivel de agua no marca nivel
El Magnetrol, habilita el encendido del quemador
Los 2 están en discordancia, mientras uno indica que no hay agua dentro de la caldera o por lo menos que el nivel esta por debajo del mínimo establecido, el otro habilita que se encienda el quemador.
Si la lectura del visor es real, entonces hay una falla en el Magnetrol que podría derivar en un recalentamiento del cuerpo de la caldera, también estaría fallando el electrodo de seguridad y hasta el sensor de temperatura de la chimenea. Estaríamos hablando de una falla sistemática que solo es posible en Calderas que no realizan mantenimiento o peor, que los elementos están anulados.
También puede ser que la lectura del visor de nivel no sea real, en este caso las llaves de paso superior e inferior al nivel están cerradas. Lo que no ocasionaría ningún riesgo, y se solucionaría con solo abrir las llaves.

Ejemplo 3:

La caldera, se encuentra trabajando en régimen. El consumo de vapor hace que el nivel de agua se encuentre por debajo del nivel mínimo. El Magnetrol habilita el encendido de las bombas de agua. Pero, porque personal de mantenimiento cerro las llaves de paso de agua, o se quemó la bomba inyectora de agua, o se cortó el suministro de agua a la Planta, el agua no ingresa a la Caldera.
El Magnetrol abrirá el circuito que energiza al quemador, hasta que el nivel de agua no se restablezca. Por otro lado, habilitará la alarma sonora y lumínica para la atención de los operarios
Si el Magnetrol fallara, debe ser el presostato de presión quien detenga el quemador y evite que la presión dentro del recipiente siga subiendo.

Ejemplo 4:

La purga de fondo quedo trabada y el agua de la caldera se escapa bajando los niveles de agua rápidamente.
Nuevamente el Magnetrol habilitará las bombas de agua para restablecer el nivel de agua. Como no puede reestablecerlo, apaga el quemador y mandara una orden para que se encienda la alarma sonora.
La purga de fondo suele trabarse, ya sea por desgaste de uso o por incrustaciones en sus partes componentes o obstrucciones de sales durante el proceso de purgados. Esto nos lleva a hablar de la importancia del agua de alimentación, en un capítulo aparte, porque requiere mucha importancia el estudio del agua, porque de ello depende como la tratamos y/o conoceremos de antemano las consecuencias de su uso.

Lo importante de este artículo es que se forme una concientización de “que una caldera es una máquina noble que debe ser atendida por personal con conocimientos y se deben realizar en ella los controles y mantenimientos periódicos para que no se vuelva una máquina peligrosa”

Espero haber contribuido con mi aporte a todo el personal en Planta.