INTRODUCCIÓN
Las calderas, en sus vertientes de vapor y agua caliente, están ampliamente extendidas tanto para uso industrial como no industrial, encontrándose en cometidos tales como, generación de electricidad, procesos químicos, calefacción, agua caliente sanitaria, etc. Este informe tiene como objetivo subsanar las necesidades de seguridad manejo y control presentadas en las calderas en Colombia,
basado en la cantidad de
accidentes presentados por mal uso de las mismas, fallas en su calibración recalentamiento y en el sin numero de propuestas planteadas al gobierno por parte de ACIEM:( El gremio profesional de la Ingeniería) brindando al personal técnico una herramienta de soporte para su correcto funcionamiento Protegiendo a si un gran numero de personas
JUSTIFICACIÓN Este proyecto es de gran importancia ya que se han presentado muchos accidentes debido al mal uso, fabricación defectuosa en algunos casos, recalentamiento y poca experiencia por parte de los técnicos . Es muy útil ya que estableciendo un manual de instalación el personal técnico contaría con información concisa del tipo de caldera a instalar y de este mismo modo
generar
un
mantenimiento
oportuno
creando
una
conciencia
de
compromiso con el personal que trabaja con calderas tanto en el sector industrial como domiciliario
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MARCO REFERENCIAL
2.1 ANTECEDENTES PLAN RENOVE DE CALDERAS Y CALENTADORES A GAS 2.005 BALANCE DEL PLAN RENOVE DE CALDERAS Y CALENTADORES A GAS ¿Qué es el Plan Renove? El Plan Renove de calderas y calentadores da gas es una iniciativa del Gobierno Vasco a través del EVE y de las empresas suministradoras e instaladoras del País Vasco, que tiene como objetivo renovar el parque de calderas y calentadores a gas para mejorar la seguridad, la eficiencia energética y el medio ambiente. ¿Cuándo se puso en marcha este Plan de Ayudas? El departamento de Industria, Comercio y Turismo, a través del Ente Vasco de Energía junto con las empresas instaladoras y las empresas suministradoras de gas, puso en marcha en mayo de 2.003 un programa de ayudas para incentivar las renovación de calderas a gas de más de 10 años de antigüedad o con defectos de seguridad. Este programa de ayudas se ha mantenido desde entonces hasta ahora y está previsto además que se prolongue hasta el 31 de diciembre de 2.006.
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¿Cuáles son los objetivos del Plan Renove? Los objetivos del Plan Renove son mejorar la seguridad de las instalaciones de gas, aumentar su eficiencia energética mediante un menor consumo y preservar el medio ambiente con la reducción de emisiones a la atmósfera. Los aparatos de uso doméstico o comercial que se sustituyan deben reunir los siguientes requisitos: calderas de calefacción y calentadores de agua caliente sanitaria que tengan más de 10 años o que presenten problemas de seguridad, tales como revocos, mala evacuación u otras deficiencias. Las instalaciones que se acojan a este Plan deberán ser siempre instalaciones individuales. Balance del Plan Renove 2.005 El balance del Plan Renove hasta la fecha es altamente positivo ya que a lo largo de este año (datos al 17 de octubre de 2.005) se ha subvencionado la renovación de 5.802 aparatos, con el siguiente desglose: 369 calentadores (6,36%), 808 calderas atmosféricas (13,93%) y 4.625 calderas estancas (79,71%). En total, se ha subvencionado 1.426.470 euros: 475.800 por parte del Gobierno Vasco, 475.800 por todas las empresas instaladoras y 475.800 euros por parte de todas las empresas suministradoras. Las empresas distribuidoras son Bilbogas, Gas Pasaia, Donostigas, Naturcop Redes, Cepsa, Gas Hernani, Gasnalsa, Iberdrola, Repsol y Tolosa Gasa. La mayor parte de las renovaciones corresponden a calderas estancas que son las que aportan mayores niveles de seguridad puesto que evitan posibles intoxicaciones por mal funcionamiento de las chimeneas y los aparatos. Precisamente todo el incremento de renovaciones de aparatos subvencionados, incremento en 1.500 aparatos, se ha producido en este tipo de calderas.
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La acogida del programa de ayudas durante el 2.005 es muy significativa. Este año el número de aparatos renovados ha aumentado en más de 1.500. En 2.004 fueron 4.348 los aparatos cambiados de enero a octubre. Este año, son 5.802 aparatos cambiados en este periodo. Se prevé, incluso que para finales de año, serán unos 7.000 los aparatos renovados y subvencionados. Estamos, por tanto, en condiciones de asegurar que se ha acertado en la estrategia por tres razones fundamentales: •
Se constata desde la puesta en marcha del Plan Renove un aumento considerable del número de aparatos renovados y subvencionados a partes iguales entre Gobierno Vasco, empresas instaladoras y empresas suministradoras.
•
Se constata una reducción del número de accidentes provocados por instalaciones de gas en malas condiciones en los últimos 3 años en la Comunidad Autónoma de Euskadi. Es decir, el Plan Renove garantiza el buen estado de las calderas y calentadores a gas a través de la sustitución de los aparatos con una antigüedad de más de 10 años o de aquellos que presenten problemas.
•
La adhesión de las empresas suministradoras y distribuidoras que subvencionan, como decimos, 1/3 del importe total es otro de los indicadores que avalan el éxito del Plan Renove. Hay que tener en cuenta que Euskadi es la única Comunidad Autónoma que ha conseguido que se adhieran al programa la totalidad de las empresas suministradoras de gas que operan en nuestro país, por lo que la extensión del programa es máxima al estar abierta a cualquier usuario de gas no colectivo.
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Objetivo: la seguridad. Evitar accidentes Con este plan de renovación del parque de calderas y calentadores a gas se consigue una mejora en la seguridad de estos aparatos, puesto que los nuevos, con marcado CE, disponen de un dispositivo de corte del suministro en el caso de una mala evacuación de los gases. De esta manera, se evitan accidentes por intoxicaciones por monóxido de carbono derivadas de un mal funcionamiento de los sistemas de evacuación de los productos de la combustión. Desde este Departamento se considera que este Plan Renove, junto con otras actuaciones que se están impulsando dirigidas fundamentalmente a que se realicen las inspecciones obligatorias y se corrijan los defectos detectados durante las mismas, está contribuyendo de forma importante a la reducción de accidentes en instalaciones de gas. Accidentes en el año 2.005: Este año se han producido 7 accidentes cuyo balance ha sido de heridos graves y leves. Afortunadamente no ha habido muertes que lamentar. La mayor parte de estos accidentes se produjeron en Alava: la mayoría fueron intoxicaciones y una explosión de gas propano por fuga en la cocina por mando abierto. Zarauz (4 heridos muy graves), Renteria y Bilbao. En 2.004 se registraron 3 muertes, 2 en Vitoria y 1 en Barakaldo y en 2.003, 1 muerto en Aduna.
¿Cuándo se deben realizar las inspecciones? Tanto las inspecciones como las revisiones se deben realizar cada 4 años. En el caso del gas canalizado es la empresa suministradora la que se encarga de realizar la inspección, en el caso de propano y butano, es el usuario el que debe
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encargar la revisión a una empresa instaladora especialmente habilitada para ello. Las empresas suministradoras deben asegurarse de que las inspecciones y revisiones se realizan y también de que se corrigen los defectos. En ambos casos, si después de varios avisos se comprueba que se sigue sin realizar las inspecciones o revisiones, o no se corrigen los defectos, las empresas suministradoras tiene la obligación de cortar el suministro hasta que se compruebe que se ha realizado la correspondiente inspección o revisión o se han corregido los defectos. En cualquier caso, la disminución de accidentes está estrechamente ligada a la responsabilidad de mantener cuidadosamente cada instalación y de seguir las recomendaciones que se efectúan periódicamente por las empresas instaladoras, suministradoras y Gobierno Vasco. Campaña en medios de comunicación En este sentido, la dirección de Consumo y Seguridad Industrial del Gobierno Vasco ha puesto en marcha una campaña en medios de comunicación con el objetivo de informar a los usuarios y usuarias de las obligaciones en relación a las instalaciones individuales de gas y facilitarles unas recomendaciones para garantizar el buen uso de los aparatos para evitar accidentes domésticos.
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RECOMENDACIONES
•
Las campanas extractoras pueden provocar un mal funcionamiento de las calderas o calentadores atmosféricos. Si están ambos en la cocina deben existir un conmutador que impida que funcionen a la vez.
•
Las calderas estancas aportan un mayor nivel de seguridad al estar el circuito de gas de combustión y la toma de aire en contacto con el exterior. No obstante, para evitar molestias a los vecinos, sólo se podrán sacar los humos a la fachada o patio cuando no exista chimenea o ésta no funcione correctamente.
•
Se recomienda mantener las rejillas de ventilación libres de obstáculos.
•
En caso de olor a gas, se deben abrir rápidamente las ventanas, cerrar la llave de entrada de gas y no accionar interruptores.
•
Si se realiza el cambio de una cocina de gas por otra eléctrica, debe intervenir un instalador de gas para evitar accidentes por una indebida desconexión del aparato.
Biomasa La biomasa como combustible renovable para la calefacción
La biomasa vegetal es la materia constituida por las plantas. La energía que contiene es energía solar almacenada durante el crecimiento por medio de la fotosíntesis. Por esta razón, la biomasa, si es utilizada dentro de un ciclo continuo de producción-utilización, constituye un recurso energético renovable y respetuoso con el medio ambiente. Quemando gas o gasóleo para la calefacción, se transfiere y se acumula en la atmósfera carbono extraído del subsuelo profundo, alimentando así el efecto 8
invernadero. Por el contrario, la combustión de biomasa no contribuye de ninguna manera al efecto invernadero, porque el carbono que se libera quemando la madera procede de la atmósfera misma y no del subsuelo. Actualmente, la contribución de la biomasa a la necesidad de energía primaria está muy por debajo del potencial disponible, y se produce fundamentalmente por la utilización de leña para quemar en chimeneas y estufas, a menudo obsoletas y poco eficaces. No obstante, las tecnologías para la utilización de combustibles vegetales en sistemas de calefacción doméstica han experimentado un gran desarrollo en los últimos años y han alcanzado niveles de eficiencia, fiabilidad y confort muy parecidos a los de los sistemas tradicionales de gas y de gasóleo. En este trabajo se presenta una panorámica de las principales tipologías de calderas para la combustión de biomasa, aplicada a la calefacción de usuarios pequeños y medianos. Básicamente hay tres tipologías, según las tres principales categorías de combustibles vegetales: - leña para quemar en tarugos; - madera desmenuzada (astillas); y - pastillas de madera molida y prensada (pellet). Calentarse con la biomasa no sólo es beneficioso para el medio ambiente, sino también para el ahorro, porque a igualdad de calor producido, los combustibles vegetales cuestan mucho menos que los fósiles. El siguiente gráfico permite comparar los tres principales combustibles fósiles para calefacción (gasóleo, metano y gases licuados del petróleo -glp-) y los tres principales tipos de biomasa.
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La comparación se ha realizado sobre la base del coste de la energía correspondiente a 1 litro de gasóleo (litro-equivalente gasóleo). Se observa de inmediato que el coste de la energía de la biomasa es, en todo los casos, netamente inferior. El ahorro es por lo tanto considerable, y permite en muchos casos una rápida recuperación del capital invertido en el sistema. Una información más detallada sobre el poder calorífico y sobre los costes indicativos de los diversos combustibles biológicos se puede encontrar en la tabla 1. En ella, la energía de la biomasa se expresa como litro equivalente de gasóleo y glp, y como metro cúbico equivalente de metano. La primera columna de la tabla refleja los diferentes tipos de combustibles en comparación, divididos en combustibles fósiles y biomasa. La segunda columna cita el poder calorífico neto, esto es, la cantidad neta de energía que se desarrolla de la combustión de 1 Kg. de combustible con su contenido real de agua, en las condiciones reales de utilización de la biomasa. En la tercera columna se cita el coste unitario en €/kg; las dos siguientes columnas, bajo el título común litro
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equivalente de gasóleo, indican la cantidad de combustible (en kg) necesaria para producir la misma energía que produce 1 litro de gasóleo y el coste de esa cantidad. Siguen dos columnas concernientes al litro equivalente de gas líquido (glp) y dos que citan el metro cúbico equivalente de metano. La tabla permite comparar los combustibles fósiles y los diferentes tipos de biomasa sobre la base del contenido real de energía. La comparación se ha realizado sobre la base de las cantidades y sobre los costes de la biomasa necesaria para sustituir una cantidad estándar de combustible fósil. Por ejemplo, tomamos en consideración la leña seca para quemar, que tiene un contenido de humedad del 25%. Se puede observar que son necesarios 2,79 Kg. para obtener la misma energía que produce un litro de gasóleo, y que, siendo el precio de la leña para quemar igual a 0,103 €/Kg., el coste de este litro equivalente de gasóleo es igual a 0,29 €, valor aproximadamente de un 65% inferior al coste real del gasóleo, igual a 0,83 €/litro. Análogamente, son necesarios 2,76 Kg. de leña seca para obtener la misma energía que produce 1 m 3 de metano, al coste equivalente de 0,28 € contra 0,52 € de un metro cúbico real de metano.
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Tabla 1. Poderes caloríficos y costes indicativos de los combustibles fósiles y de la biomasa P.C. neto
Combustibles fósiles
KWh/kg
Coste €/kg
(*)
Litro
Litro
Metro
cúbico
equivalente
equivalente
equivalente
gasóleo
GPL
metano
kg
€
kg
€
kg
€
Gasóleo
11,7
0,990
0,83
0,83
0,62
0,61
0,83
0,82
Metano
13,5
0,720
0,73
0,52
0,54
0,39
0,72
0,52
GPL
12,8
1,097
0,76
0,84
0,57
0,62
0,75
0,83
P.C.
Litro
Litro
Metro
equivalente
equivalente
equivalente
gasóleo
GPL
metano
kg
€
kg
€
kg
€
0,103
2,79
0,29
2,07
0,21
2,76
0,28
3,0
0,093
3,31
0,31
2,45
0,23
3,27
0,30
2,4
0,077
4,08
0,32
3,02
0,23
4,03
0,31
3,5
0,067
2,79
0,19
2,07
0,14
2,76
0,19
2,9
0,062
3,32
0,21
2,46
0,15
3,28
0,20
de 2,1
0,057
4,64
0,26
3,43
0,19
4,59
0,26
Combustibles de biomasa
neto KWh/kg
Coste €/kg
(*)
cúbico
Leña para quemar 25% humedad (**) 3,5 Leña para quemar 35% humedad Leña para quemar 45% humedad Astillas
de
haya/encina 25% hum.. Astillas
de
haya/encina 35% hum. Astillas
haya/encina 50% 12
hum.(***) Astillas de álamo 25% humedad
3,3
0,052
2,92
0,15
2,17
0,11
2,89
0,15
2,8
0,044
3,51
0,15
2,60
0,11
3,47
0,15
1,9
0,036
5,02
0,18
3,72
0,13
4,97
0,18
4,9
0,180
2,00
0,36
1,48
0,27
1,98
0,36
Astillas de álamo 35% humedad Astillas de álamo 50% humedad Pellet de madera humedad
máx.
10% (*) 1 KWh = 860 kcal (**) leña seca de dos años (***)
madera
recién cortada
Principios de funcionamiento caldera de llama invertida
Las calderas de llama invertida tienen esta denominación por la posición de la cámara de combustión, situada debajo del hueco en el que se carga la leña. 13
Normalmente, se trata de calderas equipadas con un rotor para la circulación forzada del aire comburente. En algunos modelos (de aire soplado), el rotor se encuentra en el lado anterior de la caldera y empuja el aire en el interior haciéndolo fluir a través del combustible hasta la salida de humos. En otros modelos, el rotor se encuentra en la parte posterior, en el lugar de la salida de humos, y aspira los gases de combustión creando una depresión en la caldera que permite la atracción del aire comburente desde el exterior. Una parte del aire (primario) se introduce en la caldera justo encima la rejilla sobre la cual está apoyada la leña. El aire primario impulsa la combustión (fase de gasificación), con la formación de un estrato de brasas en contacto de la rejilla y la liberación de gases combustibles procedentes de la pirólisis de la madera (sobre todo monóxido de carbono e hidrógeno). Los gases liberados son arrastrados hacia abajo a través de la rejilla y llegan a la cámara inferior, donde la adición del aire secundario permite que se complete la combustión. Factores esenciales para obtener una combustión óptima son una cantidad de aire adecuada, temperatura y turbulencia elevadas en la cámara de combustión, y la permanencia de los gases calientes en el hogar por un tiempo suficiente para que se completen las reacciones termoquímicas de combustión. La inversión de la llama permite obtener una combustión gradual de la leña, que no prende completamente fuego en el hueco de carga sino se quema sólo cuando llega a las proximidades de la rejilla. De esta manera, la potencia dispensada por la caldera es más estable en el tiempo y se puede controlar mejor la combustión, aumentando considerablemente el rendimiento y reduciendo las emisiones contaminantes. Los
modelos
más
avanzados
utilizan
sistemas
de
regulación
por
microprocesador, y alcanzan rendimientos térmicos de más del 90%. Entre las
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novedades más significativas, presentes incluso en modelos de potencia pequeña, está la regulación del aire de combustión basado en la necesidad de oxígeno, calculado en los humos con una sonda especial (sonda lambda). La regulación lambda permite regular y optimizar constantemente la cantidad de aire durante el ciclo completo de funcionamiento de la caldera de leña, desde el encendido inicial hasta que se acabe el combustible.
Figura 2. Caldera de leña moderna de llama invertida
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Principios de funcionamiento caldera de astillas
Debido a que la carga del combustible en la caldera se realiza de forma automática, es necesario que al lado del cuarto de la caldera haya un local (silo) para el almacenamiento del combustible.
Para facilitar las operaciones de descarga del astillas en el lugar de almacenamiento, es conveniente que el silo esté situado bajo el nivel del suelo. Desde el silo de alimentación, las astillas se sacan automáticamente y se envían, a través de un alimentador-dosificador, a la caldera, donde se realiza su combustión completa mediante la inserción de aire, primaria y secundaria.
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La combustión se realiza en calderas con rejilla; ésta puede ser: • •
fija, para quemar materiales finos y con un bajo contenido de humedad; móvil, para quemar combustibles de tamaño más grueso o con un gran contenido de cenizas y humedad (hasta el 50% en peso de agua), como la biomasa forestal recién cortada.
En los sistemas más avanzados, el flujo de astillas y la combustión están regulados continuamente por un microprocesador según la demanda de energía del usuario y la temperatura y concentración de oxígeno de los humos (regulación lambda). El sistema puede modular la potencia erogada manteniendo la combustión óptima incluso con diferentes combustibles, tanto con la carga llena como con la carga al mínimo. El encendido de las astillas se puede realizar manual o automáticamente, a través de dispositivos eléctricos o con combustible líquido (quemador piloto). En algunos modelos existe la función de mantenimiento de brasas, que permite a la caldera mantener una pequeña cantidad de brasas encendidas durante las pausas de funcionamiento, permitiendo así un encendido inmediato al volver a activar el sistema. 17
3 Principio de funcionamiento calderas pellets Las calderas de pellets, como las de astillas, requieren un contenedor para el almacenaje del combustible situado cerca de la caldera. Desde el mismo, un alimentador de tornillo sin fin lo lleva a la caldera, donde se realiza la combustión. Los quemadores de pellet para su uso en calderas de gasóleo se ponen en la parte anterior de la caldera. Se alimentan desde arriba y queman el pellet, desarrollando una llama horizontal que entra en la caldera, como suele suceder en los sistemas de gasóleo. En cualquier caso, el encendido es automático y muy rápido, gracias a una resistencia eléctrica. En los sistemas más avanzados la regulación del aire comburente y del flujo de combustible se realizan automáticamente gracias a un microprocesador. Estas características de sencillez de empleo y de automatización confieren a los sistemas de calefacción de pellets un elevado nivel de confort.
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Figura 6. Quemador de pellet aplicado aFigura 7. Esquema de una caldera de pelle una caldera de gasóleo.
moderna.
Requisitos y competencias del responsable de la instalación
El mantenimiento y funcionamiento de las calderas de biomasa requiere de una supervisión constante y cualificada. Es necesario que haya una persona responsable que se encargue de la adquisición y el control de calidad de la biomasa, del control del sistema y de la documentación de la operación de la planta, de la limpieza y de la extracción de las cenizas de forma periódica. También es posible contratar un suministrador externo de servicios energéticos, al que se le paga por la cantidad de calor consumida, para que se encargue del funcionamiento y mantenimiento de la caldera.
Trámites de autorización
Las autorizaciones necesarias para la instalación y legalización de un sistema de calefacción con biomasa son iguales que las requeridas para cualquier otro tipo de calefacción convencional. Son otorgados por las autoridades competentes de las Comunidades Autónomas, generalmente pertenecientes a las Direcciones Generales de Industria. Para la concesión de las autorizaciones, las instalaciones deben cumplir siempre la normativa local o nacional que les sea de aplicación.
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Las instalaciones de los sistemas de calefacción con biomasa deben cumplir, en general, lo especificado en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios y en la Normativa Básica de la Edificación.
2.2 MARCO TEORICO
CALDERAS Las calderas, en sus vertientes de vapor y agua caliente, están ampliamente extendidas tanto para uso industrial como no industrial, encontrándose en cometidos tales como, generación de electricidad, procesos químicos, calefacción, agua caliente sanitaria, etc. Estos ejemplos muestran la complejidad que puede tener una caldera y que haría muy extenso la descripción de los elementos que se integran en ellas. Por ello, para el lector interesado en el conocimiento, no ya de sus elementos, si no del léxico empleado en calderas, le remitimos a la Norma UNE 9001, donde encontrara una terminología suficientemente amplia.
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Así mismo, para garantizar su seguridad, el Reglamento de Aparatos a Presión, establece unas prescripciones especificas algunas de las cuales se recogen en los siguientes puntos. Estos artefactos fueron utilizados hasta el siglo XIX como medios para teñir ropa y producir vapor para limpieza, hasta que un hombre conocido como Papin inventó una caldera de pequeñas dimensiones llamada “marmita”; con ella se trató de reemplazar los modelos anteriores pero el intento fracasó. La caldera de vapor más elemental fue diseñada, como mencionamos previamente, por Dionisio Papin en 1769 pero quien la desarrolló fue James Watt en 1776; Cuando James Watt observo que se podría utilizar el vapor como un fuerza económica que remplazaría la fuerza animal y manual, se empezó a desarrollar la fabricación de calderas, Básicamente, una caldera consta de un hogar, donde se produce la combustión y un intercambiador de calor, donde el agua se calienta. Además tiene que tener un sistema de evacuar los gases procedentes de la combustión. El agua puede calentarse a diferentes temperaturas. En las calderas normales no se suelen sobrepasar los 90ºC, por debajo del punto de ebullición del agua a presión atmosférica. En calderas más grandes, para dar servicio a barriadas, se llega hasta los 140ºC, manteniendo la presión alta en las conducciones para que no llegue a evaporarse (agua sobrecalentada). Existen también calderas de vapor, en las que el agua se lleva a la evaporación y se distribuye el vapor a los elementos terminales, pero en Europa está bastante en desuso, porque la temperatura superficial de éstos resulta ser muy alta y entraña peligro de quemaduras. Existen también calderas en que el agua se calienta a temperaturas inferiores
a
70ºC
y
que
consiguen
condensación
21
elevados
rendimientos).caldera
de
Los combustibles empleados pueden ser sólidos (leña, carbon. ), líquidos(fuelóleo gasóleo) o gaseosos (gases licuados de petróleo ó GLP, gas natural), lo que determina la forma de las calderas. Tipos de calderas Las calderas pueden dividirse: •
según el combustible: para combustibles sólidos y para combustibles fluidos.
•
según el modo de combustión: De hogar en sobrepresión (con quemador con soplante, para combustibles fluidos) y de hogar en depresión, en el que el aire de combustión lo aporta el tiro de la chimenea (combustión de sólidos en general y calderas atmosféricas de gas).
Funcionamiento Caldera de combustibles fluidos El combustible se prepara y quema en un quemador, en el que se mezcla el combustible con la cantidad precisa de aire y se impulsa dentro del hogar mediante un ventilador, donde combuste. Cuando el combustible es líquido (gasóleo) es necesario pulverizarlo para conseguir la mezcla. Además hay calderas específicas para gases combustibles que tienen quemador atmosférico. El gas se deja salir por unos inyectores de modo que, por efecto Venturi aspira aire y se mezcla con él en la proporción adecuada y se quema en unos quemadores adecuados, subdividido en pequeñas llamas, dentro de un intercambiador adecuado. Las más conocidas de estas calderas son las llamadas murales, aunque también existen en tamaños grandes.
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La regulación de la potencia, en los dos tipos, se hace mediante la regulación del tamaño de la llama (quemadores modulantes) o mediante paradas y arranques del quemador. Caldera de combustible sólido En las de combustibles sólidos, el hogar consta de dos compartimentos superpuestos. En el superior, brasero, se coloca el combustible sobre una parrilla. El inferior, cenicero, recibe las cenizas del combustible. Por la puerta de éste entra el aire necesario para la combustión y los humos se extraen por un conducto (humero o chimenea) vertical, por tiro térmico. El propio tiro térmico es que crea en el hogar una falta de presión que aspira el aire de la combustión. La regulación de la potencia se hace abriendo o cerrando la entrada del aire.
Accesorios Además deben disponer de accesorios tales como: •
quemadores
•
vaso de expansión
•
manómetros
•
termómetros (sondas de temperatura)
•
líneas de seguridad
•
válvula de seguridad
•
llaves de paso y regulación
Los accesorios más comunes son los que siguen:
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•
Accesorios de Observación destinados a observar la operación de la caldera:
•
o
tubos de nivel
o
grifos de prueba
o
manómetros
o
termómetros
o
analizadores de gases
Accesorios de Seguridad, destinados a evitar una excesiva presión de generación del vapor en la caldera:
•
•
•
o
de palanca y contrapeso
o
de peso directo
o
de resorte
o
tapón fusible
o
sistemas de alarma
Accesorios de alimentación de agua: o
bomba de alimentación de agua
o
inyector de agua
Accesorios de alimentación de combustible: o
quemadores para combustibles líquidos y gaseosos
o
quemadores mecánicos para combustibles sólidos
o
elementos manuales
Accesorios de limpieza: o
registros o tapas de limpieza
o
válvulas de punga
o
estaque de retención de pungas 24
o
escabiadores
o
deshollinadores
PRINCIPALES TIPOS DE CALDERAS Aunque existen numerosos diseños y patentes de fabricación de calderas, cada una de las cuales puede tener características propias, las calderas se pueden clasificar en dos grandes grupos; calderas pirotubulares y acuatubulares, algunas de cuyas características se indican a continuación.
CALDERAS PIROTUBULARES
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Se denominan pirotubulares por ser los gases calientes procedentes de la combustión de un combustible, los que circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta bañado por el agua de la caldera. El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisión de calor por radiación, y los gases resultantes, se les hace circular a través de los tubos que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de calor por conducción y convección. Según sea una o varias las veces que los gases pasan a través del haz tubular, se tienen las calderas de uno o de varios pasos. En el caso de calderas de varios pasos, en cada uno de ellos, los humos solo atraviesan un determinado numero de tubos, cosa que se logra mediante las denominadas cámaras de humos. Una vez realizado el intercambio térmico, los humos son expulsados al exterior a través de la chimenea.
CALDERAS ACUOTUBULARES. En estas calderas, al contrario de lo que ocurre en las pirotubulares, es el agua el que circula por el interior de tubos que conforman un circuito cerrado a través del calderín o calderines que constituye la superficie de intercambio de calor de la 26
caldera. Adicionalmente, pueden estar dotadas de otros elementos de intercambio de calor, como pueden ser el sobrecalentador, recalentador, economizador, etc. Estas calderas, constan de un hogar configurado por tubos de agua, tubos y refractario, o solamente refractario, en el cual se produce la combustión del combustible y constituyendo la zona de radiación de la caldera. Desde dicho hogar, los gases calientes resultantes de la combustión son conducidos a través del circuito de la caldera, configurado este por paneles de tubos y constituyendo la zona de convección de la caldera. Finalmente, los gases son enviados a la atmósfera a través de la chimenea.
Con objeto de obtener un mayor rendimiento en la caldera, se las suele dotar de elementos, como los ya citados, economizadores y precalentadores, que hacen que la temperatura de los gases a su salida de la caldera, sea menor, aprovechando así mejor el calor sensible de dichos gases
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CALDERAS DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA
Existe una variedad de las anteriores calderas, denominadas de vaporización instantánea, cuya representación esquemática podría ser la de un tubo calentado por una llama, en el que el agua entra por un extremo y sale en forma de vapor por el otro. Dado que el volumen posible de agua es relativamente pequeño en relación a la cantidad de calor que se inyecta,
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en un corto tiempo la caldera esta preparada para dar vapor en las condiciones requeridas, de ahí la denominación de calderas de vaporización instantánea.
Hay que destacar que en estas calderas el caudal de agua inyectada es prácticamente igual al caudal de vapor producido, por lo que un desajuste entre el calor aportado y el caudal de agua, daría lugar a obtener agua caliente o vapor sobrecalentado, según faltase calor o este fuese superior al requerido.
Características técnicas de este tipo de calderas Las calderas de vapor cuentan básicamente con: una cámara de vapor y una cámara de agua; la primera se define como el espacio ocupado por el vapor en el interior del dispositivo, es allí en donde se separa el vapor del agua para lograr posteriormente la suspensión. Cuanto más variable es el consumo del vapor, mayor será el volumen de la cámara. La cámara de agua es el espacio en donde se coloca el agua que hace funcionar a la caldera, el nivel de la misma es fijado cuando se fabrica la caldera de tal forma que sobrepase unos 15 cm a los tubos o conductos. La capacidad de la cámara de agua es lo que va a dividir a este artefacto en calderas de gran volumen, mediano volumen o pequeño volumen; las primeras mantienen estable la presión del vapor y el nivel del agua, pero son muy lentas a la hora de encenderla y, por su reducida superficie, producen poco vapor. Las calderas de vapor de pequeño volumen de agua son rápidas para generar vapor pero requieren de un especial cuidado en su alimentación y regulación del fuego; por último las de mediano volumen poseen varios tubos de humo y de agua 29
por ende la superficie de climatización aumenta pero son aumentar la totalidad del volumen de agua. Tipos de calderas de vapor: Piro tubulares, Stirling y otras
Dentro de los tipos de calderas de vapor nos encontramos con una de las más populares, las piro tubulares horizontales; se fabrican en un mínimo de 200 Kg/h y un máximo de 17.000 Kg/h y con presiones que oscilan entre los 8 Kg/h y 24 Kg/h. este modelo dispone en su parte trasera de una puerta abisagrada y de apertura total que deja al descubierto su interior; su fácil manipulación y accesibilidad permiten a quien la opera llevar a cabo las tareas de limpieza y mantenimiento desde el exterior sin correr riesgo de accidentes.
Las calderas de vapor con tubos de humo y agua están compuestas de un cilindro mayor y tubos de agua, humo o de ambos al mismo tiempo; los
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defectos que padecen este tipo de artefactos son, entre otros: peligrosos ya que poseen riesgo de explosión, un bajo rendimiento por combustión deficiente y una destrucción rápida de los tubos cuando se produce un recalentamiento. Sus beneficios, por su parte, son ya conocidos: estas calderas son de fácil construcción y pueden operar en espacios reducidos volviéndolas accesibles. Por último contamos con las calderas Stirling, las mismas cuentan de tres colectores superiores y sus cámaras de vapor están interconectadas por tubos de acero, el vapor es obtenido del colector central superior pudiéndose obtener más de 80.000 Kg
REALIDAD DE LAS CALDERAS EN COLOMBIA
Estallo caldera en el barrio Kennedy de bogota tres personas perdieron la vida
Figura 1. Caldera barrio Kennedy bogota DC
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radio santa fe
–Una tragedia de grandes proporciones estuvo a punto de producirse el viernes 7 de septiembre de 2007,la mañana en el populoso sector de Ciudad Kennedy, al estallar una gigantesca caldera, la cual salió disparada como un misil y tras destruir la edificación en la cual estaba instalada, fue a caer a 100 metros de distancia. El inesperado y voluminoso proyectil- de 3 a 4 metros de diámetro– pasó por encima del supermercado Carulla, el colegio “Próspero Pinzón” y una iglesia y cayó en un pequeño parque, sin causar más estragos o victimas. Los alumnos del centro educativo, acababan de ingresar a las aulas, cuando se produjo el accidente.
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La explosión, que se registró en una fábrica de embutidos, denominada “Salsamentaría la Esperanza”, causó la muerte a 3 trabajadores que laboraban en la pequeña empresa, ubicada en la carrera 78-K, con calle 35 sur. Las tres victimas mortales fueron identificadas como Norma Ortiz, Amparo Gil y José Pico, quienes eran operarios de la empresa Salsamentaría El comandante de la policía metropolitana, Rodolfo Palomino, dijo que milagrosamente no hubo mas víctimas, pues fue tal la magnitud de la explosión que la caldera destruyo tres paredes y se elevó hasta caer a cien metros del establecimiento. El coronel Palomino señalo que según los expertos, la caldera estalló como consecuencia de una excesiva acumulación de vapor, por causas que son materia de investigación. Los bomberos e ingenieros del Distrito están evaluando si es necesario demoler la edificación de tres plantas, ante la posibilidad de que colapse por los graves destrozos que sufrió la estructura. También se establecen los daños causados en las edificaciones vecinas.
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La reciente explosión de una caldera en el barrio Kennedy de bogota y de otra en el barrio las granjas de Neiva, alertan al país sobre la necesidad de revisar el estado de estos equipos que presentan un gran peligro para la industria y en especial, para la comunidad por su ubicación y falta de mantenimiento. Con el fin de evitar otros futuros accidentes, ACIEM propuso que las autoridades de orden gubernamental, municipal y distrital, controlen, exijan y sancionen a las empresas que no cumplan con las normas mínimas de seguridad para la operación de calderas. ACIEM advirtió que un alto numero de calderas en el país, operan en ambientes residenciales y comerciales, sin ningún tipo de reglamentación, lo que aumenta la amenaza para la comunidad. ACIEM informo que la vida útil de una caldera, en buenas condiciones de operación y mantenimiento puede llegar a los 20 años. Las existentes en le país pueden superar los 30-40 años.
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Para ACIEM, la operación de las calderas en ambientes residenciales, como quedó demostrado con la explosión de las calderas de Bogotá y Neiva, evidencia que son una verdadera amenaza y que no existe ningún tipo de control por parte de las autoridades. Según ACIEM, las personas que viven en los alrededores, donde funciona una caldera que opera con combustibles altamente peligrosos como gas natural y diesel y que concentra altas temperaturas para ejecutar procesos de producción, hoy en día están seriamente expuestas a un incendio o explosión. El gremio de la ingeniería en Colombia subrayó que la Constitución Política y la Ley Eléctrica (143 de 1994), le entregan al Estado la responsabilidad de preservar la integridad de las personas, de los bienes y el medio ambiente manteniendo los niveles de calidad y seguridad establecidos, por lo cual se hace necesario que el tema de las calderas tenga un tratamiento especial dados sus riesgos y amenazas para la sociedad. De otra parte, ACIEM explicó que la accidentalidad de las calderas está dada por los siguientes factores: · Colombia cuenta aproximadamente con 12.000 calderas instaladas para la 35
generación de vapor en procesos industriales sobre las cuales no hay una intervención clara del Estado en la operación, mantenimiento, inspección, vigilancia y control de las mismas. · El 90% de la industria colombiana utiliza o requiere de vapor para sus procesos industriales cuya generación se efectúa mediante el uso de calderas. · Más del 50% del personal dedicado a la operación y mantenimiento de las calderas, no cuenta con una formación técnica especializada en este tipo de labores. · El 70% de estas calderas se concentran de manera importante en zonas residenciales y comerciales pobladas. · Un porcentaje de las calderas (pirotubulares que tienen mayor uso en la industria) no cumplen con normas técnicas nacionales e internacionales en cuanto a fabricación, instalación, montaje, operación y mantenimiento.
ACIEM viene impulsando la propuesta de crear un Reglamento Técnico para el montaje, la operación y el mantenimiento de calderas en el país, con el fin de contribuir a la seguridad de la vida humana y a desarrollar las buenas prácticas de Ingeniería.
Quién vigila el buen funcionamiento (operación y mantenimiento) de las calderas? 36
ACIEM: La labor de vigilancia y control le fue asignada al antiguo Ministerio de Salud (Hoy Ministerio de Protección Social), a través de Resolución 02400 de 1979, en el Estatuto de Seguridad Industrial. Pero hoy esta labor no se está desarrollando lo cual agrava los riesgos para los ciudadanos. La vigilancia y control de la operación y mantenimiento de las calderas instaladas a nivel residencial, comercial e industrial está ´huérfana´, sin que ninguna autoridad le ponga atención al tema. ¿ Qué ha hecho ACIEM ante el Gobierno Nacional frente al tema de los accidentes de calderas en Colombia? ACIEM: La Asociación, a través de su Comisión Nacional de Mantenimiento y Mecánica, le ha propuesto al Gobierno Nacional, desde finales del 2003, adoptar la creación de un Reglamento Técnico que establezca los requisitos mínimos para el montaje, operación y mantenimiento de una caldera y que como consecuencia de ello se proteja al vida humana. Los hechos sucedidos en la Clínica San Rafael, en una fábrica de hierro en Fontibón y el sucedido en Bosa, el anterior fin de semana, son hechos que ratifican la propuesta de ACIEM. La ciudadanía se encuentra en medio de ´bombas´ de tiempo a las cuales nadie quiere ponerles atención. ¿Cuáles son los mayores problemas que presentan las calderas? ACIEM: Las mayores fallas que se presentan son del siguiente orden: - Sobrecalentamientos - Fatigas térmicas - Fatigas mecánica 37
- Defectos de fabricación - Defectos de soldadura - Falta de seguridad y calibración en protecciones - Fallas por Corrosión - Operación inadecuada. - Prácticas de mantenimiento inadecuadas ¿Qué es lo que pide ACIEM que se reglamente? ACIEM: El gremio profesional de la Ingeniería le ha propuesto al Gobierno Nacional que se elabore un Reglamento Técnico que establezca los requisitos que se deben tener en cuenta, con base en la normatividad nacional e internacional, en los siguientes aspectos: - Producto - Diseño y Fabricación - Montaje - Operación y Mantenimiento - Recurso Humano competente e idóneo
PROBLEMA Debido a la previa investigación realizada nos hemos dado cuenta que una caldera tiene muchas fallas a lo largo de su duración, entre las cuales 38
encontramos recalentamiento y obstrucción en los tubos y su duración oscila entre los 20 años dependiendo de su operación y mantenimiento lo que en Colombia no se cumple actualmente esto hace que se convierta e una bomba de tiempo para esto es necesario prestar gran importancia a su instalación al uso y mantenimiento preventivo que se les da En Colombia a diferencia de otros países no se cuenta con un manual de instalación técnica por lo cual el personal no cuenta con la experiencia requerida para la instalación de calderas lo cual es realmente preocupante para esto es necesario la implantación de un manual donde el operario conozca las especificaciones técnicas del producto, posibles fallas, tiempo de mantenimiento oportuno y la forma como tal de realizar el mantenimiento. También tiene gran importancia el gobierno y las empresas suministradoras de calderas y de gas de hacerse responsables de que se cumplan las revisiones técnicas del parque de calderas en un tiempo oportuno, brindar al los usuarios campañas por los medios de comunicación sobre su funcionamiento y que hacer en caso de alguna anomalía.
OBJETIVOS
4.1 General 39
Realizar una investigación a fondo de las calderas sus clasificaciones y normas de instalación identificando sus principales fallas
4.2 Específicos Conocer los tipos de calderas mas comunes Conocer sus normas de instalación Identificar las principales fallas presentadas en las calderas Conocer las técnicas de calibración y mantenimiento empleadas actualmente en las calderas
METODOLOGÍA 5.1TIPO DE INVESTIGACIÓN
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- La Investigación Descriptiva: se efectúa cuando se desea describir , en todos sus componentes principales, una realidad; en este proyecto se describen las causas de los problemas presentados en Colombia por parte de las calderas 5.2 SUJETOS Este proyecto va dirigido a todo el personal técnico y usuarios de calderas para que se den cuenta de la importancia de brindarle una correcta instalación mantenimiento y supervisión y a todo el personal interesado en el estado actual de las calderas en Colombia 5.3 INSTRUMENTO el instrumento se basa en las cifras de accidentes presentados, además los índices de capacitación con que cuenta el personal técnico y la omisión por parte del gobierno a este problema 5.4 PROCEDIMIENTO se ha realizado una investigación muy a fondo de la problemática en colombia en relación a las calderas, y los sistemas de calderas en otros paises dándonos cuenta de la importancia que se les debe dar a estos instrumentos se ha planteado estipular un manual como soporte técnico de instalacion lo que resta para los semestres siguientes es diseñar herramientas de ayuda para el control de las fallas en calderas
CONCLUSIONES
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Nos hemos dado cuenta que a diferencia de otros países Colombia no realiza las revisiones necesarias para el control de calderas Es necesario que los técnicos cuenten con un manual de instalación La vida útil de una caldera no es superior a los 20 años cosa que en Colombia no se cumple
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