¿Cómo funcionan las calderas industriales?

Las calderas industriales se utilizan en diversos segmentos, como en la industria alimentaria, la automoción, los hospitales y en muchos otros ámbitos. Cuenta con una serie de equipos que forman parte de este proceso de generación de vapor, tales como: válvulas de seguridad, economizadores, controladores de presión, tratamiento de agua, entre otros.

La función de una caldera industrial es suministrar energía de manera eficiente en forma de agua caliente o vapor.

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Por definición en la NR13, las calderas industriales de vapor “son equipos destinados a producir y acumular vapor a presión superior a la presión atmosférica, utilizando cualquier fuente de energía, diseñados de acuerdo con los códigos pertinentes”.

Durante siglos, las calderas se han utilizado de diversas formas, desde calentar agua hasta producir vapor. Son equipos conocidos por su eficiencia energética y producción masiva de calor que tiene la capacidad de realizar diversos procesos.

Actualmente, la tecnología de calderas industriales se ha vuelto más eficiente. Pensando en la eficiencia energética y la productividad, las empresas ahora están utilizando vapor a presión para ayudar en sus procesos.

Para el funcionamiento de las calderas, es importante identificar el tipo de combustible a utilizar, de manera que el calor producido no sea desperdiciado, asegurando mayor entrega que otras fuentes de energía como el consumo de gas.

¿Cuáles son los componentes de una Caldera Industrial?

Como ya hemos visto, una caldera tiene unos equipos que forman parte de todo el proceso de generación de vapor de agua. Veamos cuáles son los principales tipos de calderas convencionales utilizadas en el sector industrial:

Quemador: el quemador es el iniciador de la reacción de combustión del gas dentro de la caldera. Existe un mecanismo que envía el mensaje para iniciar el proceso de producción de calor. Una boquilla en el quemador que gira el combustible bombeado desde la fuente de combustible lo enciende para crear combustión.

Cámara de combustión: las cámaras de combustión están hechas de hierro fundido y pueden alcanzar una temperatura de varios cientos de grados en minutos. Quema el combustible y genera calor que se transfiere al intercambiador de calor.

Intercambiador de Calor: también llamado economizador, es el encargado de aumentar la eficiencia de la caldera. El intercambiador de calor se coloca antes del calentador de aire en el camino del gas combustible.

Sistema de circulación de agua: el agua potable es fundamental en la generación de vapor que circula por bombas centrífugas.

¿Cómo funciona la Caldera Industrial?

El funcionamiento de las calderas no es tan complejo como podría pensarse.

Las calderas industriales son recipientes que contienen agua que generan calor latente con la ayuda de una fuente de combustible. Luego se transfiere a varias tuberías que se conectan a varios equipos industriales, con lo que se crea un sistema de calefacción.

La fuente de calor y los contenedores de agua se colocan en diferentes compartimentos. Las varillas de metal que se conectan al recipiente de agua ayudan en la producción de vapor, que se recoge en un domo para condensarlo antes de liberarlo de la caldera. Esto aumenta la presión y la energía producida ayuda a impulsar la producción.

Por razones de seguridad, las calderas cuentan con válvulas de seguridad para garantizar que ningún percance haga que el sistema sea peligroso debido al aumento de la presión.

Tipos de Calderas Industriales

Los diferentes tipos de calderas atienden diferentes necesidades en varios segmentos, como en el sector industrial. Sus clasificaciones se basan en la cantidad de presión que puede crear, su capacidad para retener combustible y agua, y el tipo de combustible que se utilizará.

Las siguientes son las clasificaciones de las calderas industriales:

Basado en el eje de la caldera:

• Caldera horizontal.
• Caldera vertical.
• Caldera inclinada.

Basado en el paso por los tubos de la caldera

• Caldera pirotubular.
• Caldera acuotubular.

Según la naturaleza de la fuente de combustible utilizada

• Gas.
• Petróleo.
• Combustible sólido.

Según la presión de trabajo

• Baja presión.
• Alta presión.

Basado en el método de circulación

• Circulación natural.
• Circulación forzada.

Tipos de calderas industriales

En general, muchas industrias dependen de algún tipo de sistema de caldera de vapor para proporcionar calor y/o agua caliente para sus operaciones. Para cada necesidad hay un tipo que se adapta mejor a sus necesidades específicas. 

Veamos algunos tipos y calderas:

Caldera pirotubular (tubulares): Las calderas pirotubulares son aquellas que tienen tubos calentados que están rodeados de agua. En ellos, los gases de combustión resultantes pasan por estos tubos, que ceden calor al líquido durante el paso.

Caldera eléctrica: La gran diferencia con otras calderas es que no hay gases de escape, no requiere ningún tipo de combustible fósil. El calentamiento del agua para generar vapor se realiza mediante resistencias eléctricas.

Caldera de condensación: Utiliza gases que de otro modo se desperdiciarían, extrayendo el calor de los gases de escape o de los residuos. Es decir, las calderas de condensación reutilizan la energía contenida en estos gases, lo que permite una mayor eficiencia.

Caldera de aceite: El combustible que aquí se utiliza no es gas natural, sino aceite derivado del petróleo. El aceite se enciende en la cámara de combustión y luego el intercambiador de calor calienta el agua fría.

Caldera de Gas Natural: Se regula un indicador de temperatura y se utiliza un dispositivo termoeléctrico para reducir el desperdicio de combustible. El gas enciende el piloto que calienta los serpentines de la caldera que calienta el agua.

Caldera de gas de bajo NOX: reciben su nombre del óxido nítrico (NO) y del dióxido de nitrógeno (NO2). Se les denomina así por su capacidad para disminuir la emisión de estos gases contaminantes.

Caldera acuotubular (water tube): En el proceso de caldera acuotubular, el agua a calentar pasa por el interior de unos tubos que, a su vez, están rodeados por gases de combustión.

Rendimiento y seguridad: tarea de las inspecciones y del mantenimiento

Como ocurre con cualquier tipo de activo, las inspecciones periódicas forman parte de las actividades, tanto de operación como de mantenimiento.

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Los siguientes son elementos de inspección importantes para aumentar la vida útil de la caldera y mantener la seguridad del equipo:

• Comprobaciones generales y regulares de seguridad;
• Monitoreo de temperatura;
• Control de niveles de combustible, circulación y presión;
• Verificación del funcionamiento de detectores de humo;
• Comprobación de la alarma por bajo nivel de combustible;
• Verificación de la alarma de nivel de presión;
• Limpieza de chimeneas, respiraderos y salidas para una mejor productividad de la caldera.

Además de estas inspecciones internas, existen otros requisitos de acuerdo con la norma reglamentaria NR-13. Son elementos relacionados con la operación, inspección y mantenimiento regulados porque la caldera es un tipo de recipiente a presión (produce y acumula vapor a presión).

Las obligaciones según la NR-13 son:

• Calibración de instrumentos y equipos de control;
• Fase de cualificación/formación y prácticas del operador de la caldera;
• Desmontaje, inspección y calibración periódica de válvulas de seguridad;
• Control de la calidad del agua mediante tratamientos;
• Informe de inspección interna y externa y, en su caso, prueba hidrostática;
• Entre muchos otros requisitos como se describe en la norma.

El mantenimiento y la inspección continua de una caldera es fundamental para una operación segura, pues cuanto más acertadas sean las estrategias de mantenimiento, mejor. En la parte estructural de una caldera pueden ser necesarias técnicas de ensayos no destructivos (END) como ultrasonido, estanqueidad, líquido penetrante, entre otros. 

En este proceso de generación de vapor contamos con bombas para la circulación del agua, imprescindibles en este proceso.

El mantenimiento predictivo y las calderas industriales

El mantenimiento predictivo y sus técnicas están muy presentes en las necesidades de mantenimiento de un sistema de calderas industriales.

Permite una evaluación temprana, permitiendo tomar las acciones adecuadas para evitar que los equipos se detengan. Esta estrategia puede ser ejecutada por la información recopilada de termografía, ultrasonido, análisis de aceite, vibración y temperatura.

Además de determinar de antemano la necesidad de una revisión de la máquina, eliminando el desmontaje innecesario, también aumenta la durabilidad de los equipos y reduce el trabajo no planificado.

Una forma adecuada de predecir fallas es en el monitoreo en línea con el uso de sensores IoT y una plataforma de inteligencia artificial, es posible tener una visión completa de los activos, además de información, pueden tomar decisiones más rápidas y eficientes, evitando fallos y cuellos de botella en la línea de producción.

Con esta información, es posible identificar desde fallos simples hasta más complejos, como desgaste, desalineación, desequilibrio, falta de lubricación, vibración excesiva y otros problemas que pueden aparecer en más de 30 tipos de activos rotativos.

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