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lunes, 28 de febrero de 2011

Mantenimiento de Calderas Parte I

Mantenimiento de Calderas

Seguimos hablando un poco más de Calderas en nuestro blog de Maquinas Industriales, esta ves hablaremos del mantenimiento:

Las calderas son construidas con normas de fabricación de reconocida competencia. Sus principales componentes, como son el quemador y los controles, también han sido construidos de acuerdo a códigos autorizados, aprobados por compañías de seguros. Por consiguiente, su caldera fue recibida con la seguridad de una operación digna de confianza.

Sin embargo, la seguridad, confiabilidad y eficiencia de operación, solamente puede conservarse con un programa básico de mantenimiento, que le puede evitar interrupciones innecesarias o reparaciones costosas, además de aumentar la seguridad y eficiencia de la caldera.

Aunque una caldera tiene dispositivos eléctricos y mecánicos que la hacen automática o semi-automática en su operación, estos dispositivos requieren un mantenimiento sistemático y regular que no relevan al operador de ninguna responsabilidad, sino que lo eximen de tener que efectuar algunas tareas rutinarias.

En primer lugar, el buen manejo y la limpieza de la sala de la caldera ayuda a mantener apariencias profesionales. Se debe permitir solamente al personal autorizado para operar, ajustar o reparar la caldera o su equipo relacionado. También se debe mantener la sala de la caldera libre de toda materia o equipo que no sean necesarios a la operación de la misma o a los sistemas periféricos.

Se detallará a continuación aspectos importantes que deberán incluirse en un plan de mantenimiento, preventivo o correctivo, tanto en calderas en operación como inactivas.

Mantenimiento Preventivo de Calderas en Operación

 

La pericia en reconocer ruidos irregulares, lectura de manómetros en insólitos, goteos, etc.; es una habilidad que debe adquirir el operador, puesto que lo enteran de las condiciones de funcionamiento defectuoso y le permiten efectuar las correcciones pronto, evitando así reparaciones extensas e interrupciones inesperadas. Todo escape de vapor, agua o combustible debe ser corregido tan pronto como se observen, puesto que son caros, además de ser peligrosos. Incluyamos en nuestra revisión general medidas de prevención como el cerciorarnos del buen aprete de toda conexión, contra tuerca de seguridad, tornillo de sujeción, collarines, etc.

Del Cuerpo de la Caldera.

 

- Lado Agua

El descuido del mantenimiento por el lado de agua trae como resultado la formación de incrustaciones, picaduras,  corrosión, espuma, arrastre de humedad y crestas de nivel de agua.

Es importante un tratamiento de agua con procedimiento adecuado de purga para conservar las superficies de calefacción libres de incrustaciones. Para ello deberán consultar con un experto en tratamientos de agua, que analizarán su agua y le recomendarán el tratamiento adecuado basado en el análisis y cantidad de agua cruda que usarán.

Las compañías encargadas del tratamiento del agua recomendarán el procedimiento y frecuencia de purgas. Estas recomendaciones serán la mejor arma para prevenir la formación de incrustaciones sobre la superficie de calefacción, la eliminación de corrosión causada por el oxígeno libre en el agua, reducción de arrastre de agua que puedan ser causados por la formación de espuma, etc.

Sin embargo es importante realizar inspección visual, cuando menos una ves al año (recomiendo dos veces al año), de tubos, hogar envolvente y espejos, vaciando la unidad y quitando todos los registros de mano y hombre previamente. Revise las superficies, especialmente las partes más calientes, con ayuda de lámparas buscando abolsamientos, deformaciones (chichotes) o erosiones en la superficie metálica. Deberá tomarse especial atención en las incrustaciones debido a que actúan como aislante térmico que pueden provocar un sobrecalentamiento del hogar, tubos de humo y espejos; y, como consecuencia, fugas en los tubos de humo y agrietamiento en los extremos de los mismos.

Emplee un cuchillo o un pequeño martillo para obtener muestras de las incrustaciones y envíelas inmediatamente al consultor en tratamientos de agua.

Aquí en Honduras es usual contratar empresas que se dedican al tratamiento de aguas para vigilar la calidad del agua, vienen periódicamente y realizan análisis del agua y nos dan el diagnostico del posible estado de la caldera.

Algunas veces las condiciones del agua o del tratamiento del agua dan por resultado una acumulación de lodo y sedimentos en el fondo de la caldera, su revisión visual le revelará la presencia de estos lodos. Use una manguera con agua a presión para lavar estas acumulaciones y revise nuevamente la superficie metálica frotando con sus manos y viendo que se ha hecho un trabajo efectivo.

Es importante mantener un sello hermético en los registros de hombre y mano. Pequeñas fugas desgastarán el metal y dañarán los asientos de los empaques. Cuando la erosión llega a ser seria debe ser calzada y, puesto que es un recipiente a presión, la reparación puede sugerir un soldador calificado.

En su almacén de repuestos, debe tener un juego de empaquetaduras para los registros (también llamados Tortugas). Los empaques metálicos de espiral, si están en buenas condiciones, pueden volverse a usar, pero es conveniente voltearlos; aunque la recomendación es la de utilizar siempre empaques nuevos. Los empaques no metálicos deben ser descartados.           

 

  

lunes, 7 de febrero de 2011

La Temperatura en la Chimenea de una Caldera

La temperatura neta en la chimenea se obtiene restando la temperatura ambiente, de la temperatura de la temperatura de los gases de combustión. Una elevada temperatura neta en la chimenea indica que el calor está siendo desperdiciado en la atmósfera. La buena práctica dicta que la temperatura de la chimenea debe ser mantenida tan bajo como sea posible sin causar corrosión de extremo frio. (No mayor de 80°C de la temperatura de saturación del vapor de la caldera).

La corrosión de extremo frio es caudada generalmente por la formación de Acido Sulfúrico (H2SO4) cuando el Anhídrido Sulfúrico (SO3) proveniente de la combustión del combustible entra en contacto con vapor de agua. El azufre en el combustible al quemarse se convierte normalmente en SO2. En presencia de grandes cantidades de aire en exceso, una parte se convertirá en SO3, que combinado con vapor de agua formará Acido Sulfúrico. Si la temperatura del calentador de aire, conductos de aire y chimenea cae por debajo del punto de rocío del ácido, el ácido sulfúrico se condensará sobre la superficie del metal.

Medición de Humo

La cantidad de humo en los gases de la chimenea puede ser utilizada para estimar la limpieza de la combustión. Una combustión humeante puede indicar una o más de las siguientes condiciones:
  • Inadecuada alimentación de aire
  • Tiro insuficiente
  • Inadecuada viscosidad del combustible
  • Mal funcionamiento de la bomba de combustible
  • Boquilla del combustible defectuosa o incorrecta
  • Relación inadecuada combustible-aire
  • Precalentamiento inadecuado

Cuando las condiciones de combustión se ajustan, la cantidad máxima de CO2 deberá ser controlada a nivel que no cause excesivo humo.

Mediciones simples de humo pueden efectuarse empleando una variedad diferente de métodos. Las normas pueden variar ligeramente de acuerdo al equipo empleado y deberá seguirse en cada caso las instrucciones que lo acompaña. Experiencias de cada mano también juegan una parte importante en decidir el máximo humo permisible.

Una cierta cantidad de exceso de aire es necesaria para completar la combustión dentro de los confines de la cámara de combustión. Únicamente debe proporcionarse la cantidad de aire suficiente para evitar la combustión incompleta o que la llama choque contra los tubos. Mientras más eficientes sean los quemadores desde el punto de vista de mescla, menos será la cantidad necesaria de exceso de aire.

Cantidades adicionales de exceso de aire pueden ser necesarias por las siguientes razones:

  • Para controlar la temperatura del vapor
  • Para compensar por demoras en los controles de las mesclas de combustible-aire durante las cargas fluctuantes.
  • Para mantener una combustión limpia en 1 o 2 quemadores sensitivos en un sistema de quemadores “Fuera de balance”
Aire en exceso se agrega normalmente al hogar como aire de combustión. Otra fuente es a través de fugas en el revestimiento o a través de quemadores fuera de servicio. Aire en exceso introducido de esta manera se le conoce como aire vagabundo.

Reducción de exceso de Aire

La reducción en el exceso de aire es una paso mayor en el mejoramiento de la eficiencia. Se alcanza el límite menor de aire en exceso siempre que exista una combustión o la llama choque contra los tubos. Las causas principales de exceso de aire son:
  • Fuga de aire
  • Inadecuado control de tiro
  • Operación defectuosa del quemador

Análisis y Soluciones

Antes que pueda ser reducido el aire en exceso, deberá identificarse sus orígenes. Esto puede ser efectuado mediante el análisis de los gases de salida para determinar O2 o CO2. El análisis de O2 es preferido debido a que las lecturas de O2 son más sensitivas a la cantidad exacta de del exceso de aire presente. Las muestras de gas deben tomarse tanto del hogar como de la chimenea.

Un bajo contenido de O2 en el hogar y alto en la chimenea indica fugas en el revestimiento del hogar o en los conductos.

Alto contenido de O2 en el hogar y chimenea indican una excesiva cantidad de aire que entra al hogar.

Las lecturas de CO2 y O2 normales en los gases de combustión obtenidos en la chimenea son:
  • CO2   12,5% al 13,0% (combustible No.6)
  • O2      2,0% al 3,0% (no es afectado por el tipo de combustible)
Estas mediciones son obtenidas mediante instrumentos del tipo mecánico-químico (Orsat-Bacharack) o con instrumento electrónico.

miércoles, 2 de febrero de 2011

Conceptos Básicos para Combustión

En muchas de la maquinas que encontramos en los distintos procesos industriales interviene el proceso de la combustión por esta razón seguimos tratando el tema en nuestro blog de Maquinas Industriales

Básicamente la combustión es el acto o proceso de quemar. En términos prácticos es una combinación rápida de oxígeno con un combustible, resultando en la liberación de calor.
Los combustibles más comunes consisten en Carbono e Hidrógeno con algunas pequeñas cantidades de Azufre y trazas de otros elementos que se encuentran presentes.
Para fines prácticos, la combustión involucra la oxidación de tres elementos: Carbón, Hidrógeno y Azufre.
Primordialmente tres reacciones químicas tienen lugar:

Carbono (C) + Oxigeno (O) --- Dióxido de Carbono (CO2) + Calor 
Hidrógeno (H) + Oxígeno (O) --- Vapor de Agua (H2O) + Calor
Azufre (S) + Oxígeno (O) --- Dióxido de Azufre (SO2) + Calor

Tipos de Combustión

La combustión obtenida por la reacción de proporciones exactas de combustible y oxígeno para obtener una completa conversión a dióxido de carbono, vapor de agua y dióxido de azufre (si se encuentra presente el azufre) es denominada una combustión perfecta o combustión ESTEQUIOMÉTRICA.

Si hay presente una mayor cantidad de oxígeno que la requerida para la combustión perfecta, el oxígeno en exceso en exceso de la cantidad necesaria no se usará.
Si hay menos cantidad de oxígeno que la requerida para una combustión perfecta, la reacción es denominada como SUB - ESTEQUIOMÉTRICA o COMBUSTIÓN INCOMPLETA.
Durante la combustión sub – estequiométrica, pueden formarse otros productos además de los mencionados anteriormente, estos productos pueden ser Monóxido de Carbono (CO), gas de Hidrógeno (H2) compuesto de hidrocarburos (CxHy), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y Carbono. Estos componentes son contaminantes comunes y escapan a la atmósfera en los gases de combustión.

 

Aire

El oxígeno para la combustión normalmente proviene del aire, donde se encuentra en una proporción de un 21% del volumen total. La mayor parte del 79% remanentes es nitrógeno.
El nitrógeno es de menor importancia en la producción de calor puesto que solo un porcentaje muy pequeño forma parte de las reacciones químicas de la combustión. Sin embargo, tiene un aspecto significativo en la eficiencia de la caldera ya que parte del calor liberado por la reacción de combustión tiene que ser utilizado para calentar el nitrógeno a la misma temperatura de llama.
Se denomina AIRE TEÓRICO a la cantidad de aire necesario para una combustión perfecta; cualquier cantidad de aire que exceda al aire teórico se le conoce como exceso de aire.
El aire mesclado con el combustible en el quemador se denomina AIRE PRIMARIO.
El aire de la atmósfera que se difunde en la llama se le conoce como AIRE SECUNDARIO.
En la práctica una combustión bien realizada tiene en los humos un color transparente; una combustión con mucho exceso de aire tiene en los humos un color blanco y una combustión incompleta tiene en los humos un color negro.

 

Ignición

Usualmente la combustión se efectuará agregando color de una fuente exterior a la mezcla, hasta que el calor des la reacciones de la combustión sea mayor que la pérdida de calor al ambiente. La menor temperatura a que esto es posible se denomina la temperatura de ignición de la mescla Aire combustión.

Temperatura de Llama

La temperatura de llama es la temperatura más alta producida en la combustión. Teóricamente, la más alta temperatura de llama ocurre cuando aire y combustión son mesclados en proporciones estequiometrias exactas. Cualquier exceso de aire o combustible, únicamente servirá para absorber calor de la reacción de combustión.
- El Calor liberado de las reacciones de combustión:
  • Calienta los productos de combustión.
  • Calienta el combustible y el aire alimentados.
  • Proporciona calor para romper cualquier ligadura química en el combustible.
  • Irradia a sus alrededores.
La temperatura de llama es máxima cuando la pérdida de calor al ambiente es mínima. Las temperaturas reales de llama son siempre menores que las temperaturas teóricas de llama.
Los combustibles más comunes producirán temperaturas de llama en el rango de     1850 °C a 2100 °C (3360 °F a 3800 °F).

Reducción de la Combustión

La combustión puede ser controlada dosificando la cantidad de aire o combustible para ser quemado.
Existen tres formas para lograrla dosificación:
  1. Regulando solamente la proporción de entrada de aire.
  2. Regulando solamente la cantidad de combustible suministrado.
  3. Regulando simultáneamente ambos (mezcla Aire – Combustible)

Análisis del Gas de Combustión


El análisis del gas de combustión se usa para indicar la relación entre el aire de combustión y el grado de perfección de la combustión. Los componentes del gas usualmente medidos son: CO2, CO y O2. Los porcentajes de CO y CO2 pueden ser usados como indicadores de combustión perfecta. El porcentaje de O2 y CO2 son indicadores de la cantidad de aire de combustión en exceso. Con una buena mescla se obtiene un combustión perfecta, cuando el análisis de gas de escape no muestra CO o O2 y un valor máximo de CO2.
El máximo teórico de CO2 en gas de combustión seco, se le denomina valor final de CO2 y para una máxima eficiencia, la mescla combustible y aire deberá ajustarse hasta que se obtenga el valor máximo de CO2.
La siguiente tabla muestra las lecturas máximas de CO2 para cantidades variables de aire en exceso en la combustión de combustibles comunes. Una lectura baja de CO2 o alta de O2 indica la presencia de de demasiado aire en exceso.

   EFECTO DEL EXCESO DE AIRE EN CO2 EN PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN
                       
    Valore en % de Aire en exceso
Combustible
0
10
20
40
60
80
100
150
200
Gas Natura %CO2
12,0
10,7
9,8
8,3
7,2
6,3
5,7
4,5
3,7
Propano %CO2
14,0
12,6
11,5
9,8
8,5
7,5
6,7
5,3
4,4
Butano %CO2
14,3
12,9
11,7
10,0
8,6
7,6
6,8
5,4
4,5
Combustible Destilado %CO2 
15,2
13,8
12,6
10,7
9,3
8,2
7,4
5,9
4,9
Combustible Residual %CO2
15,6
14,1
12,9
11,0
9,6
8,5
7,6
6,1
5,0
Carbón Bituminoso %CO2
18,4
16,7
15,3
13,0
11,4
10,1
9,0
7,2
6,0
Carbón de Antracita %CO2
19,8
18
16,5
14,1
12,4
11,0
10,0
7,9
6,9

martes, 1 de febrero de 2011

Eficiencia de Combustión

Ésta es la efectividad exclusiva  del quemador y está relacionada con su habilidad para quemar totalmente el combustible. La caldera propiamente tiene poca relación, sobre la eficiencia de la combustión.
Con un 15% a 20% de exceso de aire , un buen quemador deberá tener una eficiencia de combustión de 94% a 97%.

Rendimiento de una Caldera

El rendimiento de una caldera es la relación entre la capacidad desarrollada bajo cualquier circunstancia o condición de trabajo y la capacidad que debería desarrollar esta misma unidad en condiciones óptimas de operación. Este concepto es independiente y hace caso omiso de la eficiencia térmica.
El Rendimiento de una Caldera es igual a la  Producción de Vapor en condición real de Trabajo/La producción de Vapor en condición óptima de operación (según el fabricante).

n =Wr/Wn

Donde n es el Rendimiento de la Caldera.
Wr es la Producción de Vapor real (Kg/hr – Lb/hr)
Wn es la producción de vapor nominal (Kg/hr – Lb/hr)
Para conocer el rendimiento de una caldera es necesario llevar a cabo una “Prueba de Evaporación”.
 
Etiquetas: Combustión,Rendimiento,Exceso de aire,Eficiencia