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

2

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.

 

3

¿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.

4

 

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.

Objetivo: la seguridad. Evitar accidentes

5

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

encargar la revisión a una empresa instaladora especialmente habilitada para ello.

6

 

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.

 

RECOMENDACIONES

7

 

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.

9

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

10

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 m3 de metano, al coste equivalente

de 0,28 € contra 0,52 € de un metro cúbico real de metano.

                       

11

Tabla 1. Poderes caloríficos y costes indicativos de los combustibles fósiles y de la

biomasa

Combustibles

fósiles

P.C.

neto

KWh/kg

(*)

Coste

€/kg

Litro

equivalente

gasóleo

Litro

equivalente

GPL

Metro cúbico

equivalente

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

Combustibles de

biomasa

P.C.

neto

KWh/kg

(*)

Coste

€/kg

Litro

equivalente

gasóleo

Litro

equivalente

GPL

Metro cúbico

equivalente

metano

kg € kg € kg €

Leña para quemar

25% humedad (**) 3,5 0,103 2,79 0,29 2,07 0,21 2,76 0,28

Leña para quemar

35% humedad 3,0 0,093 3,31 0,31 2,45 0,23 3,27 0,30

Leña para quemar

45% humedad 2,4 0,077 4,08 0,32 3,02 0,23 4,03 0,31

Astillas de

haya/encina 25%

hum.. 3,5 0,067 2,79 0,19 2,07 0,14 2,76 0,19

Astillas de

haya/encina 35%

2,9 0,062 3,32 0,21 2,46 0,15 3,28 0,20

12

hum.

Astillas de

haya/encina 50%

hum.(***) 2,1 0,057 4,64 0,26 3,43 0,19 4,59 0,26

Astillas de álamo

25% humedad 3,3 0,052 2,92 0,15 2,17 0,11 2,89 0,15

Astillas de álamo

35% humedad 2,8 0,044 3,51 0,15 2,60 0,11 3,47 0,15

Astillas de álamo

50% humedad 1,9 0,036 5,02 0,18 3,72 0,13 4,97 0,18

Pellet de madera

humedad máx.

10% 4,9 0,180 2,00 0,36 1,48 0,27 1,98 0,36

(*) 1 KWh = 860

kcal

(**) leña seca

de dos años

(***) madera

recién cortada

13

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.

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

14

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

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.

 

 

15

 Figura 2. Caldera de leña moderna de llama invertida

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.

16

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.

 

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.

17

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.

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

18

características de sencillez de empleo y de automatización confieren a los sistemas de

calefacción de pellets un elevado nivel de confort.

Figura 6. Quemador de pellet

aplicado a una caldera de

gasóleo.

Figura 7. Esquema de una caldera

de pellet 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.

19

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.

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.

20

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.

 

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,

21

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 elevados rendimientos).caldera de

condensación

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).

22

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.

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.

23

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:

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

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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

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.

 

25

CALDERAS PIROTUBULARES

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.

26

 

  

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

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.

27

 

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

                            

                          

 

28

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,

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.

29

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 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

30

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

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

31

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

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.

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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.

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

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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?

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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

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- 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

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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

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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

40

- 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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