INVESTIGACIÓN

 

ANÁLISIS DE FALLAS ELECTROMECÁNICAS EN CALDERAS PIROTUBULARES

 

ANALYSIS OF ELECTROMECHANICAL FAILURES IN PYROTUBULAR BOILERS

 

 

Miguel Ángel Sonco Choque*
(*), El autor es: Licenciado en Electromecánica, Docente Carrera de Electromecánica Facultad de Tecnología - UMSA.
History of the article: Received 08/10/2022. Style review 11/10/2022. Accepted 15/10/2022

 

 

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RESUMEN

Establecido como objeto de estudio: el funcionamiento normal de los equipos de transferencia de calor con cambio de estado del agua (líquido-vapor), provocado por el paso de los gases de combustión de un combustible al interior de una serie de tubos (calderas pirotubulares).

Frente a la presencia de (FELMCPT) fallas electromecánicas en el funcionamiento normal de las calderas pirotubulares. Se identificaron 14 señales que pueden provocar (FELMCPT) y en función a éstas, establecer las acciones correspondientes de solución. Además de presentar normas de seguridad que predisponen al personal encargado de la operación de calderas a cumplirlas continuamente, como parte de las ventajas de desarrollar un programa de mantenimiento preventivo para este tipo de equipos industriales.

PALABRAS CLAVE: Caldera pirotubular, vapor de agua, gases de combustión calientes, falla, mantenimiento preventivo e inspección.

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ABSTRACT

Established as an object of study: the normal operation of heat transfer equipment with a change of state of the water (liquid-steam), caused by the passage of the combustion gases of a fuel inside a series of tubes (pyrotubular boilers).

Faced with the presence of (FELMCPT) (ELMFCFT electromechanical failures in the normal operation of fire tube cauldrons. 14 signals that can cause (FELMCPT) were identified and based on these, establish the corresponding solution actions. In addition to presenting safety regulations that predispose the personnel in charge of pyrotubular boiler operation to continuously comply with them, as part of the advantages of developing a preventive maintenance program for this type of industrial equipment.

KEYWORDS: Pyrotubular boiler, steam, hot combustion gases, failure, preventive maintenance and inspection.

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RESUMO

Estabeleciendo como objeto de estudo: o funcionamento normal de equipamentos de transferência de calor com mudança de estado da água (líquido-vapor), provocada pela passagem dos gases de combustão de um combustível no interior de uma série de tubos (caldeirão de tubo de fogo).

Diante da presença de (FELMCPT) falhas eletromecânicas no funcionamento normal de caldeirão de tubo de fogo. Foram identificados 14 sinais que podem causar (FELMCPT) e com base neles estabelecer as ações de solução correspondentes. Além de apresentar normas de segurança que predispõem o pessoal encarregado da operação de caldeirão de tubo de fogo cumpri-las continuamente, como parte das vantagens de desenvolver um programa de manutenção preventiva para este tipo de equipamento industrial.

PALAVRAS-CHAVE: Caldeirão de tubo de fogo, vapor, gases quentes de combustão, falha, manutenção preventiva e inspeção.

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INTRODUCCION

Las calderas pirotubulares[1] modernas se construyen según normas de fabricación de prestigio internacional, y están provistas de dispositivos automáticos de operación y seguridad, haciendo pensar que la operación de estos equipos no requiere la atención de personal capacitado. Este aspecto humano en muchos casos, deriva en la operación de las calderas, por parte de personal con poca experiencia y/o que no sigue rigurosamente las normas de operación. Sin considerar que todo recipiente sujeto a presión y que se encuentre bajo fuego es potencialmente peligroso, y sus controles automáticos no sustituyen las normas de seguridad.

La confiabilidad[2] de una caldera no depende exclusivamente del fabricante, ya que este al cumplir con las normas de construcción universalmente reconocidas, deslinda totalmente su responsabilidad, también los responsables de su instalación siguiendo los reglamentos y normas pueden dejar de lado los riesgos que presenta una caldera. Pero, a la persona encargada de operar una caldera, se le responsabiliza permanente, y no puede dejar de pensar en los cuidados a seguir para mantener condiciones óptimas de seguridad.

Por lo indicado anteriormente, el mantenimiento de calderas debe ser una actividad rutinaria muy bien controlada en el tiempo y estrechamente vinculada con el personal encargado de operar estos equipos. Por lo tanto; al desarrollar un trabajo de identificación de fallas electromecánicas en el funcionamiento normal de calderas pirotubulares (FELMCPT), permite que éstas operen con un mínimo de paradas en producción, reduciendo costos de operación y dándole seguridad a su funcionamiento, principios básicos necesarios para efectuar un buen mantenimiento electromecánico de estos equipos.

En consecuencia, en el presente trabajo se reúne los resultados de un estudio de caso referido con la identificación de señales de fallas en una caldera del tipo tubos de humo marca INGPROCON Lorini[3]; información bibliográfica y aportes de personas que tienen relación directa con el manejo operativo y mantenimiento de calderas pirotubulares. Base de información para establecer un marco conceptual sobre las señales que identifican las fallas y un conjunto de acciones de apoyo, que sirven como referencia en tareas de mantenimiento electromecánico de cualquier tipo y marca de caldera pirotubular.

 

DESARROLLO

Las calderas pirotubulares o de tubos de fuego[4], se utilizan ampliamente en sectores de servicios hospitalarios y hoteleros, lavanderías y otras actividades donde el uso que se hace del vapor, no requiere de altas presiones importando más la transferencia del calor. El vapor se genera a través de la transferencia de calor a presión constante, donde el fluido, se calienta y cambia de estado por acción de cualquier fuente de energía principalmente (calórica combustibles y eléctrica).

Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor con cambio de fase y aumento de presión.

a) Caldera pirotubular de estudio

Especificaciones Técnicas de la Caldera Datos generales

MARCA: INGPROCON Lorini S.R.L.

CAPACIDAD CALORÍFICA: 701350 (Kcal.h-¹)

PRODUCCIÓN DE VAPOR: 1000 Kg.h^-1

PRESIÓN TRABAJO: 10(Bar) 10,20 (kgf.cm-²)

SUPERFICIE DE RADIACIÓN A: 40 m²

Instrumentos y accesorios:

•      Manómetro principal de presión de vapor

•      Válvulas de seguridad

•      Columna nivel de agua con cristal de nivel y juego de llaves de bronce

•      Alarma por bajo nivel

•      Interruptores de seguridad

•      Revestimiento aislante exterior

Quemador automático

Marca: INGPROCON Lorini S.R.L.

Componentes:

•      Motor del quemador WEG de 2HP-2850 rpm

•      Turbina soplante

•      Programador encendido BRAHMA, tipo MF2

•      Fotocélula marca BRAHMA, tipo UV1

•      Transformador de encendido BRAHMA tipo T11

b) Descripción del equipo

• Chimenea: Construida con lámina negra e incluye faldón bota aguas, sombrero de protección y recubrimiento anticorrosivo (parte exterior).
• Bombeo agua de alimentación: El equipo de bombeo está acoplado a un motor eléctrico, incluye arrancador magnético, filtro para la succión y manómetro de 64 mm, de 0a21 kg.cm^-2.
• Lote de vávulas: Principal de vapor, de retención (2), alimentación de agua, de purga, de cierre rápido, de globo, de cierre lento (2).
• Tablero de control integrado a la caldera: Programador integrado, interruptor para motor del ventilador, alarma sonora por falta de flama, alarma sonora por bajo nivel de agua, control límite de presión de vapor y luces indicadoras de funcionamiento. El transformador de ignición se encuentra instalado en la tapa frontal de la caldera.
• Tanque de retorno de condensados: Incluye base estructural de sustentación, cristal de nivel para observación, control de nivel para flotador (McDonell), tubo de distribución para retorno de alta presión colocado en el interor del tanque, válvulas de salida y de purga, coples de ventilación y admisión de condensados de baja presión.
• Equipo de ablandamiento de agua: Consiste en una columna de ablandamiento y un tanque para salmuera con saturador. Una válvula manual de tres pasos para controlar los servicios de retrolavado y regeneración con una sola palanca. Además incluye válvulas para salmuera y muestreos de agua, manómetro de control y tubería completa desde la admisión hasta la salida del equipo.

c) Características técnicas (pasos)

Los gases en el interior de los tubos van cambiando de dirección, desde la parte frontal a la parte posterior y viceversa, hasta llegar a la chimenea y ser expulsados, la caldera puede tener hasta cuatro cambios de dirección de los gases de combustión a los que se les denomina (pasos). Ver figura 1.

Fuente: Elaboración propia sobre inforamción de SPIRAX/SARCO Principios básicos de la Ingeniería del vapor

Figura 1: Áreas totales de los diferentes pasos caldera pirotubular de cuatro pasos

En las calderas pirotubulares modernas se tienen cuatro pasos para los gases de combustión, este número de pasos, admite un mayor recorrido de gases; mejorando así, la transferencia de calor que alcanza rendimientos mayores al 80 porciento. Actualmente los cuatro pasos es un límite práctico.

Cuando los gases calientes atraviesan los cuatro pasos, transfieren calor al agua de la caldera, efecto que produce el enfriamiento paulatino de los gases y la reducción del volumen gaseoso. En consecuencia, a medida que circulan los gases por los diferentes pasos, el número de tubos se reducen proporcionalmente, para mantener la velocidad elevada de los gases y que estos no se estacionen en su interior, evitando de esta manera que los gases retenidos obstruyan los tubos.

d) Circulación de agua

Formación de las corrientes convectoras: El agua al calentarse pierde densidad y tiende a elevarse hacia la parte superior del recipiente; inversamente el agua fría tiene mayor densidad y baja hacia el fondo.

Cuando el agua llega al punto de ebullición se forma pequeñas burbujas de vapor, estas son arrastradas por la circulación del agua, y como el vapor es más ligero que el agua, se elevan rápidamente y este movimiento ocasiona la turbulencia y circulación. Ver figura 2.

En las calderas de tubos de fuego (pirotubulares) el agua asciende por entre los tubos, generalmente con mayor rapidez en la parte posterior que en la frontal. El agua más fria baja a lo largo de la pared del cuerpo, para luego subir rodeando el tubo del hogar y completar el ciclo. En calderas pirotubulares pequeñas la circulación del agua es mejor debido a la drástica reducción de volumen.

Fuente. SPIRAX/SARCO Principios Básicos de la Ingeniería del Vapor.[5]

Figura 2: Circulación natural de agua al interior de una caldera pirotubular.

e) Protocolo análisis de fallas[6]:

Antes de analizar las posibles fallas, se debe comprobar primeramente si se cumplen las condiciones básicas para el funcionamiento correcto, respondiendo a las siguientes interrogantes:

1.  ¿Hay suministro de energía eléctrica?

2.  ¿Existe en la red de alimentación la presión correcta del gas, y está abierta la llave de paso?

3.  ¿El interruptor de falta de agua, está correctamente ajustado?

4.  ¿Ha variado el caudal de aire de combustión o el consumo de gas?

Si se observa que el origen de la falla no está en ninguno de los puntos anteriores, deberán comprobarse las funciones relativas al quemador. - Por ejemplo, se encuentra el quemador fuera de funcionamiento, bloqueado en posición de falla-. Para buscar el origen de la falla se procederá a desenclavar y conectar el quemador.

Pero antes hay que comprobar la presencia de las señales siguientes:

RECOMENDAXCIONES DE SEGURIDAD PARA EL PERSONAL ENCARGADO DE OPERAR UN CALDERO PIROTUBULAR

 

CONCLUSIONES

El protocolo de análisis de fallas desarrollado sirve para diseñar un plan de mantenimiento que sea acorde con las necesidades que tienen los calderos pirotubulares.

Las fallas que se observan comúnmente en las calderas, son debidas principalmente a la falta de atención en los procedimientos de encendido, de apagado, de limpieza, a la concentración de suciedad y a exceder la capacidad de trabajo que tiene la caldera.

Finalmente, la correcta aplicación de este protocolo relacionado con acciones efectivas de mantenimiento, busca reducir las paradas del equipo y principalmente las reparaciones innecesarias en calderos pirotubulares de baja capacidad (CBC).

 

Notas

[1]  Equipo industrial que produce vapor de agua por intercambio de calor (conducción) con una fuente que emite calor. En las calderas pirotubulares los gases de combustión del fogón transcurren por una serie de tubos incluidos en un recipiente de agua sellado y a presión, que calienta y produce el cambio de fase del agua a (vapor).

[2] Cualidad de confiable (confianza) en el buen funcionamiento de algo (DRAE).

[3] Capacidad calorífica: 701350 Kcal.h-¹, capacidad para generar 1000 Kg.h-¹ de vapor y una presión de trabajo de 10 Bar.

[4] Las calderas también denominadas de baja capacidad (CBC).

[5] http://www.spiraxsarco.com Principio básicos de la Ingeniería del Vapor.

[6]  Evento después del cual un artículo, elemento, aparato, dispositivo, sistema. Deja de cumplir parcial o totalmente sus funciones, alterando su capacidad de trabajo.

 

BIBLIOGRAFÍA

Equipos Industriales,1990, Guía práctica para reparación y mantenimiento, Tomo 1, Mc Graw - Hill/Interamericana de México, S.A., México,        [ Links ]

Cleaver-Brooks, Modelo CB Calderas Unitarias, 1992, Manual de operación, servicio y repuestos, Número de parte del manual: (750-112),USA,        [ Links ]

E.Pull.,1977, Calderas de Vapor, selección, funcionamiento y conservación de calderas de vapor y de su equipo auxiliar, tercera ed., Gustavo Gili S.A., Barcelona - España,        [ Links ]

Blanco, M., 1994, La Descalsificación del agua por resinas Intercambiadoras de iones, ASTRAMATIC, México,        [ Links ]

http://www.conae.gob.mx Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (Conae),

http://www.spiraxsarco.com Principio básicos de la Ingeniería del Vapor. http://www.conuee.gob.mx Tratamiento de agua para su utilización en calderas,

http://www.econext.com.mx Calidad de agua para generadores de Vapor, https://www.redalyc.org/journal/1813/181349391005/html/ http://www.calderasyrecipientes.com/ norbertospinelli@calderasyrecipientes.com.