Ing. Jorge Alejandro Pereyra
El objetivo de la unidad es brindar los conocimientos básicos y las herramientas conceptuales en el manejo de los recipientes a presión con y sin fuego, sus elementos de seguridad y las técnicas verificadoras.
La producción de calor se efectúa a partir de la combustión de combustibles naturales o artificiales, los cuales nos facilitan la energía calorífica que necesitamos para un determinado proceso (horno), o para su transformación en energía mecánica mediante un fluido intermedio, que generalmente es el vapor( caldera, aparatos a presión), donde el calor procedente de una fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.
Cuando al agua se le comunica energía calorífica varia su entalpía y su estado físico. La rapidez de la vaporización depende de la velocidad con la cual se trasmite el calor al agua y de su movimiento en el recipiente en donde está confinado. El vapor así formado, si bien se halla en el estado gaseoso, no sigue enteramente las leyes de los gases perfectos.
La temperatura a la cual se produce la ebullición depende de la pureza del agua y de la presión absoluta ejercida sobre ella. Para el agua pura la temperatura de ebullición tiene un valor determinado para cada presión y es menor a bajas que a altas presiones.
Ejemplos de presiones absolutas y las correspondientes temperaturas de ebullición del agua pura son: 0,0344 kgr / cm2; 23,15° C; 1,033 kgr / cm2; 100° C; 42 kgr / cm2; 252,3° C.
El agua de la caldera se transforma en vapor a expensas del calor que le ceden los productos de la combustión a través de las paredes metálicas de la misma. Si a un líquido que se encuentra sometido a la presión se le suministro calor, su temperatura aumenta hasta alcanzar la de vaporización que se mantiene constante mientras él liquido se convierte el vapor. Esta temperatura varía con la presión a la cual esta sometido el liquido. Si una vez que el agua adquirió la temperatura de ebullición, correspondiente a la presión a que esta sometida, se le sigue suministrando calor, comienza a vaporizarse y la temperatura no varía. Mientras exista líquido por evaporar, la mezcla vapor y liquido se denomina vapor húmedo. Si el calor suministrado es exacto para vaporizar toda el agua (calor de vaporización), de modo que la temperatura del vapor obtenido sea igual a la de vaporización, toma el nombre de saturado seco.
Transmisión Térmica
Del cuerpo más caliente circula calor hacia el más frío y la cantidad de calor cedida por segundo depende de la diferencia de temperaturas entre los cuerpos y del material del medio interpuesto entre ellos. En la conducción, el calor se cede solamente a causa del movimiento molecular y los choques entre moléculas, sin desplazamiento global de la materia. En la convección se debe al movimiento global de la materia y solo tiene importancia en líquidos y gases. La radiación del calor es una interacción electromagnética entre cuerpos y no precisa de la existencia de un medio material entre ellos.
El calor desarrollado por la combustión se transmite a la superficie de calefacción por: radiación, convección y conducción.
El calor transmitido por convección o conducción es una función de la masa de gases que barre la superficie de calefacción y de la diferencia media logarítmica de temperatura entre el gas y el agua de la caldera, se transmite por radiación desde el lecho de combustible incandescente, desde los gases luminosos y de los refractarios del hogar, depende de la magnitud de la superficie de la misma que mira al hogar.
Vapor Normal.
Vapor que se obtiene con 540 Kcal/ kg. de calor, vaporizando desde 0 a 100°C.
Vapor de agua saturado.
Es el vapor producido a la temperatura de ebullición correspondiente a su presión (absoluta), puede estar exento completamente de partículas de agua sin vaporizar o puede llevarlas en suspensión (vapor saturado seco o húmedo)
Vapor de agua recalentado.
La temperatura y la entalpía total del vapor de agua saturado, a una presión cualquiera, puede aumentarse, añadiéndole calor adicional. Cuando la temperatura del vapor es superior a la de saturación correspondiente a la presión, se dice que el vapor está recalentado.
El recalentamiento, por lo regular, se efectúa en un equipo independiente en donde el vapor no está en contacto con él liquido.
Capacidad de producción de vapor de las calderas.
La producción de un generador de vapor se da frecuentemente en kg de vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energía, aquel sistema no mide exactamente la energía producida. La capacidad de una caldera de vapor se expresa más concretamente en forma del calor total transmitido por las superficies de calefacción en kcal por hora.
Para expresar la capacidad de un generador de vapor lo más correcto es referirse al kg de vapor producidos por hora, indicando su presión y temperatura, así también la temperatura del agua de alimentación.
Se suele hablar del HP de caldera / 1HP de caldera = 8435 kcal / h
HP de caldera corresponde a la vaporización de 15,66 kgr de agua por hora a 100° C, lo cual significa la conversión de15, 66 kg. de agua por hora a100° C en vapor seco a 100° C, a la presión atmosférica normal. En estas condiciones cada kilogramo de vapor producido requiere la entalpía desvalorización a la presión atmosférica normal, la cual vale 543,4 kcal.
Un término utilizado especialmente para pequeñas calderas es la potencia nominal. Todas las calderas pequeñas están basadas en 0,93 m2 de superficie de calefacción por HP de calderas, según estos procedimientos todas las calderas que tengan la misma superficie de calefacción tienen la misma potencia nominal.
Producción específica de Vapor.
Relación entre la Producción de vapor (kg/ h) y la Superficie de Calefacción (m2)
Esta producción especifica se refiere, generalmente, al vapor normal y depende de la cantidad de calor transmitido, esto es, de la temperatura del hogar, de las dimensiones de la superficie de calefacción directamente sometida a la radiación del fuego, de la turbulencia mas o menos favorable de los gases, de la velocidad de estos últimos, de la limpieza de la superficie de calefacción y de la circulación del agua.
El limite superior de la producción especifica de vapor esta dado por la humedad del vapor, creciente con el aumento de producción por unidad de superficie de calefacción
Superficie de Vaporización.
Es la superficie que separa, el espacio ocupado por el agua del ocupado por el vapor. Cuanto mayor sea esta superficie, relativa a la cantidad de vapor producida, tanto mas seco será el vapor obtenido.
Presión.
La presión se mide algunas veces en función de la presión atmosférica normal, la cual define por convenio internacional, como la presión equivalente a la ejercida por una columna de mercurio de 760 mm de altura, a la temperatura de 0° C. La presión atmosférica normal es igual a 1,033 kgr / cm2.
Presión relativa es la presión medida sobre la atmosférica, en kgr. / cm2, pero en ciertos trabajos las presiones se miden en mm de mercurio, centímetros y metros de agua.
Presión absoluta, es la presión medida en kgr / cm2 sobre el cero absoluto como nivel de referencia, y es igual a la presión relativa más la presión atmosférica. Cuando el nivel de referencia está constituido por la presión atmosférica, el vacío se mide por la disminución de presión por debajo de la atmosférica. Por ejemplo, un vacío de 500 mm de mercurio, cuando la presión barométrica es de 760 mm, significa que la presión absoluta vale 760 - 500 = 160 mm.
Presión máxima de servicio (de trabajo)
Valor máximo que puede alcanzar la presión dentro de la caldera, en condiciones admisibles de seguridad. Se expresa en kgr / cm2 y es el valor que se toma para los cálculos de resistencia.
Presión de diseño.
Máxima presión del trabajo a la temperatura de diseño, y será la utilizada para el cálculo resistente de las partes a presión de la caldera.
Los aparatos para medir la presión se denominan manómetros, y los utilizados corrientemente son de dos tipos: de Bourdon y de diafragma.
Superficie de calefacción.
A.S.M.E.
Parte de la superficie de una caldera que por una cara se halla en contacto con el agua que se trata de calentar, y por la otra con los gases o refractarios calientes; esta superficie se mide por la cara de la temperatura más alta o del lado que recibe calor.
Todas las calderas fijas se valoran a base de 0,93 m2 de superficie de calefacción por HP de caldera, o por el peso de vapor producido por hora en las condiciones de trabajo prescritas.
La superficie de calefacción total se subdivide en la superficie de calefacción directa que es la parte de la caldera que recibe el calor por radiación y en la superficie de calefacción indirecta que únicamente recibe calor por su contacto con los productos de la combustión.
La superficie de calefacción de una caldera debe proyectarse para que se aproveche al máximo el calor desarrollado en el hogar, deberá ser lo bastante grande para que los gases esten suficiente tiempo en contacto con ella para ceder la mayor cantidad de calor y para asegurar la transmisión eficiente del calor. Por lo tanto, el proyectista de la superficie de calefacción deberá poseer un conocimiento profundo de las teorías actuales que rigen la transmisión del calor entre gases y líquidos en vías de vaporización.
IRAM 25-6
Es toda la superficie intercambiadora de calor en contacto, de un lado con el agua o el vapor húmedo, que recibe calor y del otro con el gas o el refractario que cede el mismo, en el cual el fluido que recibe calor forma parte del sistema en circulación.
Se mide del lado en contacto con el fluido o elemento que cede calor y se expresa en m2.
Categorías
Desde el punto de la seguridad, las calderas se clasifican en función del producto V x P.
Categoría A... V x P > 600 /// Categoría B... 10 < P x V < 600 /// Categoría C...V x P <10
Donde V es el volumen (en m3) de agua a nivel para calderas con nivel definido.
Este nivel medio siempre debe estar situado al menos a 50 mm por encima del nivel mínimo, que a su vez, debe mantenerse en el interior de una caldera por los menos 70 mm más alto que el punto más elevado de la superficie de calefacción. En las calderas acuotubulares, la distancia se toma en relación con el borde superior del tubo de bajada que esté situado en la parte más alta del calderín.
Para calderas de vapor P representa la presión efectiva máxima de servicio y para calderas de agua caliente, de agua sobrecalentada y de fluido térmico, la presión total máxima de servicio se compone de las presiones debida a la altura geométrica del líquido y la dinámica producida por la bomba de circulación.
Clasificación de las calderas.
Las calderas de vapor se clasifican, atendiendo a la posición relativa de los gases calientes y del agua, en acuotubulares y pirotubulares; por la posición de los tubos, en verticales, horizontales e inclinados; y por la naturaleza del servicio que prestan, en fijas, portátiles, y marinas.
La elección de una caldera para un servicio determinando depende del combustible de que se disponga, tipo de servicio, capacidad de producción de vapor requerida, duración probable de la instalación, y de otros factores de carácter económico.
Descripción.
Cilíndricas de gran volumen de agua con hogar exterior o interior;
De tubos de humo o humotubulares de hogar exterior; interior
De tubos de agua o en acuotubulares de circulación natural;
De tubos de agua y circularon forzada; de paso forzado;
Res. 231 / 96 - Art. 21
Los generadores de vapor se clasifican en tres categorías según el producto de su capacidad total en m3 por él numero de atmósferas efectivas máximas a que funciones.
Categorías: 1º mayor de 15, 2º comprendido entre 15 y 5, y 3º inferior a 5.
Tratando de generadores de vapor instalados en un mismo local y que tengan comunicación entre sí, para obtener un producto que defina la categoría, se tomará la suma de la capacidad de cada generador de vapor y la presión máxima de funcionamiento.
Clasificación de los generadores de vapor de agua
A los efectos del presente reglamento, los generadores de vapor de agua se clasificarán en tres categorías, teniendo en cuenta la fórmula dimensional (p + 1) v
Donde p en kg./cm2 es presión de trabajo y v en m3, el volumen total de la caldera. Son de: 1º categoría generadores para los cuales el producto es mayor (18).
2º categoría / es mayor que (12) y menor o igual que (18).
3º categoría / es menor o igual que (12).
Caldera de baja presión:
Caldera en la cual los valores de presión y temperatura no exceden los limites siguientes:
a) presión máxima de trabajo de 2 kgr /cm2 cuando la caldera es de vapor.
b) p máx de 6 kgr/cm2 y una tº máx de trabajo de 140°C, cuando la caldera es de agua caliente.
Calderas Acuotubulares.
En las calderas acuotubulares, por el interior de los tubos pasa agua o vapor, y los gases calientes se hallan en contacto con la superficie externa de aquéllos, en contraste con el tipo pirotubulares. Son empleadas casi exclusivamente cuando interesa obtener elevadas presiones y rendimiento, debido a que los esfuerzos desarrollados en los tubos por las altas presiones son de tracción en vez compresión, como ocurre en los pirotubos.
Caldera de tubos inclinados y Caldera de tubos verticales.
En estas calderas la masa de agua se reparte en u gran número de tubos de pequeño diámetro sometidos exteriormente a al acción de los gases de la combustión y por el interior de los cuales circula el agua; estas unidades pueden conciderarse como calderas provistas con hervidores de diámetro reducido.
Siendo grande la superficie de calefacción relativa al contenido de agua, la producción de calor es rápida y, en consecuencia, se requiere una buena circulación del agua en los tubos.
Se pueden construir en casi todos los tamaños y de presiones muy altas.
La capacidad, en una sola unidad, puede alcanzar hasta 450000 kg / h de vapor.
Se han construido para presiones de hasta 170 kgr / cm2 alcanzándose la de 225 kgr / cm2 en calderas desprovistas de domos convencionales. La libertad en la disposición de las superficies de calefacción, ha permitido la construcción de una amplia variedad de modelos.
Calderas de tubos rectos.
En estas calderas los tubos pueden estar dispuestos en posición vertical u horizontal.
Con el objeto de disponer de calderas de funcionamiento más flexibles que las de tubos rectos, en las que la circulación fuese más efectiva, más elevada la transmisión del calor y desprovistas de los principales inconvenientes de las de tubos rectos, se proyectaron y construyeron los generadores de vapor conocidos con el nombre de calderas de tubos curvados.
Calderas Humotubulares.
En estas calderas para el mejor aprovechamiento del calor de la combustión, los gases circulan por un haz de tubos de diámetro relativamente pequeño sumergidos en el agua.
Los gases se mueven, en parte de los tubos en sentido contrario al que tienen en el hogar, de ahí que se las llamen calderas con retorno de llama. Este movimiento de retorno provoca turbulencia en la masa gaseosa asegurando la combustión completa antes que los gases penetren en el haz tubular, mejorando en consecuencia el rendimiento de la combustión.
En la actualidad, las calderas pirotubulares horizontales con hogar integral se utilizan en instalaciones de calefacción a baja presión, y algunos tipos más grandes para producir vapor a presión relativamente baja destinando a calefacción y a producción de energía.
PURGA
Los purgadores, van en la parte más baja de la caldera y algunas veces también en el cuerpo cilíndrico; se utilizan para sacar una cierta cantidad de agua con el fin de extraer de la caldera los lodos, sedimentos y espuma. Las impurezas de las grandes cantidades de agua vaporizada se van precipitando constantemente. En ocasiones se emplea un purgado continuo por el fondo, por medio de un tubo pequeño para sacar las impurezas a medida que se precipitan.
Las impurezas del agua de alimentación se combinan mecánica y químicamente durante el funcionamiento de la caldera formando la capa de incrustación sobre las superficies de calefacción.
CLASES DE COMBUSTIBLES.
Los combustibles pueden ser sólidos, líquidos y gases. Los sólidos, carbones, coque, maderas y residuos combustibles procedentes de algunos procesos de fabricación. Los combustibles líquidos comprenden el alcohol, fuel oil, gas oil. Los gases son el gas natural.
Los elementos fundamentales de un combustible son: C e H, el Azufre es un elemento indeseable en los combustibles.
Combustibles sólidos pulverizados.
El coque finamente pulverizado flota en el aire y pueden arder en forma similar a un combustible gaseoso. Es el residuo sólido que queda después de la destilación de ciertas clases de carbón. La materia combustible es el carbono fijo remanente una vez que se han desprendido las materias volátiles. Es un combustible que no produce humo.
Gas natural.
Se distribuye por red de tuberías. Debido a su gran volumen específico no resulta práctico almacenarlo.
El empleo de gas natural, en las calderas, significa llama corta y caliente, exceso de aire pequeño, punto de rocío ácido y temperaturas de los gases en la chimenea bajos, amplios límites de control con aumento sensible de CO2, sin formación de hollín cuando la combustión se realiza con excesos de aire ácidos.
La forma más sencilla de un quemador de gas, es un tubo abierto, del cual fluye el gas a ser quemado, Con esta disposición la combustión se desarrolla en la medida en que el aire entra en la masa gaseosa reaccionante, es decir, en la llama. La combustión es aquí lenta e irregular y la llama luminosa e inestable. El aspecto de la combustión cambia considerablemente si se agrega al gas, antes de su ignición, una parte del aire requerido para la reacción, el llamado “ aire primario”.
La combustión es entonces más rápida y más regular, la llama es menos luminosa y más estable. En la boca del quemador se forma un cono estacionario de color azulado, llamado “cono de ignición”, puesto que es a lo largo de esta superficie cónica que se enciende la mezcla de gas y aire que sale del quemador, iniciando así la combustión.
Poder Calorífico de los Combustibles.
Calor liberado por unidad de peso o de volumen. Para los combustibles sólidos o líquidos se expresa en kcal / kgr, y para los gaseosos en kcal / m3 de gas medido a una temperatura de 15°C y a una presión absoluta de 760 mm de Hg.
Los combustibles que tienen Hidrógeno tienen poder calorífico superior e inferior.
La combustión del H produce vapor de agua, la cual en los hogares ordinarios se escapa a la temperatura de los gases de la chimenea. El inferior es el calor liberado por kilogramo de combustible después de deducir el necesario para vaporizar el agua formada por la combustión de hidrógeno. La potencia calorífica superior es la obtenida mediante un calorímetro de volumen constante en el cual el vapor producido se condensa y se recupera su calor.
Productos de la combustión.
Los gases de escape se denominan productos de la combustión. La composición depende del tipo de combustible utilizado; de la relación aire / combustible, y de las condiciones en que se efectúa la combustión. En general contienen CO2, CO, O2, N2, C libre, vapor de agua, SO2 e hidrocarburos no quemados. La mayoría de estos productos son invisibles. El CO presente en los gases de escape puede producir elevadas pérdidas de energía, en general, la aparición de densos humos gaseosos es indicio de que se trabaja a baja temperatura o con insuficiente aire (oxígeno) dando una combustión incompleta o con combustible sin quemar. Un exceso de aire alto a temp. ambiente sale por la chimenea a temperaturas entre 200 y 300 C, baja el rendimiento de la caldera.
TIRO.
Es la diferencia de presión necesaria para el funcionamiento del hogar de una caldera con el fin de poder suministrar el aire necesario para la combustión del combustible y arrastrar los gases quemados hacia el exterior a través de la chimenea. Puede ser natural o mecánico, el primero se produce térmicamente y el segundo, mediante inyectores de vapor o ventiladores.
Las resistencias opuestas al paso del aire y gases quemados, las cuales hacen necesario el tiro, son: las de los conductos, chimeneas, lechos de combustible, pases de gases, pantallas deflectores, tipo e instalaciones de la caldera, registros, precalentadores de aire, recuperador, acumulación de hollín y cenizas en los pasos de gases, y la velocidad de combustión requerida.
Tiro Natural.
Es el movimiento del aire debido al diferencia de densidad entre el gas caliente y frio, o de los gases de la combustión sin la intervención de medios mecánicos y/o dispositivos especiales. La diferencia de presión denominada tiro vertical se produce por el efecto creado por una chimenea. Su valor depende de la altura de la boca de la chimenea sobre el nivel del emparrillado del hogar, y de la diferencia media de temperatura entre la de los gases quemados contenidos en la chimenea, y la del aire del exterior. Las variaciones de funcionamiento de la caldera y la altura de la chimenea tienen una marcada influencia sobre el valor del tiro creado por una chimenea determinada.
Tiro Mecánico.
Es el movimiento del aire o de los gases de la combustión por medios mecánicos y/o dispositivos especiales y puede ser forzado y/o inducido. Se requiere cuando deba mantenerse un determinado tiro con independencia de las condiciones atmosférica y del régimen de la caldera, asimismo es necesario cuando resulta insuficiente el tiro natural proporcionado por la chimenea.
Los equipos auxiliares de las calderas, tales como recuperadores y precalentadores de aire, reduce la temperatura de los gases. En dichos casos la chimenea necesaria para crear el tiro requerido puede resultar de altura y costo excesivos y, como consecuencia, tener que recurrir al tiro mecánico. El tiro mecánico esta indicado cuando las calderas tengan que trabajar a un régimen más grande que el normal, o cuando tienen que abastecer rápidamente demandas de vapor.
Sistemas de tiro mecánico.
El tiro forzado se obtiene “soplando” aire en el interior del hogar. El aire es introducido a presión y atraviesa el lecho de combustible mezclándose con él, o quemador, para llegar hasta la cámara de combustible del hogar. Se evacuan los productos de la combustión de la caldera propiamente dicha por tiro natural, o inducido, o combinación de los dos.
El tiro inducido se consigue con un ventilador de “chorro” o con un ventilador centrífugo colocado a la salida de los gases de la caldera y la entrada a la chimenea. Consiste en reducir la presión de los gases en la cámara de la caldera por debajo de la presión atmosférica y descargar los gases a la chimenea con una presión positiva. Puede crear una depresión en el hogar de valor apropiado para que el aire del exterior atraviese en suficiente cantidad el lecho de combustible. Los hogares mecánicos con alimentación por la parte inferior requieren tiro forzado. Cada uno de ellos puede emplearse solo o en combinación.
QUEMADOR
La turbulencia puede aumentarse instalando los quemadores estratégicamente, y también con el diseño de los mismos. Dos quemadores colocados en paredes opuestas del hogar, uno enfrente del otro, producen una mezcla mas intima entre el aire y el combustible; esta instalación se denomina fuegos opuestos. El sistema de fuegos cruzados es una combinación de quemadores vertical y horizontal en los que las corrientes se cortan. Fuego tangencial es el obtenido con mecheros colocados uno encima del otro en los cuatro ángulos del hogar y que envían en sentido horizontal corrientes de aire y combustible, tangentes a un círculo de 60 a 120 cm de diámetro.
Los quemadores de fuel atomizan el combustible y lo mezclan íntimamente con el aire suministrado para la combustión. Cuando se cumplen estas dos condiciones se consigue obtener una combustión completa con un exceso de aire mínimo. La atomización puede llevarse a cabo con aire, gas o vapor de agua, a presiones de 1,75 a 7 kgr / cm2, o por medios mecánicos.
La atomización mecánica se efectúa comprimido el fuel con bombas de pistón, o bien por dispersión por fuerzas centrifugas, lanzado el fuel sobre una rueda giratoria. El primer tipo se denomina quemador de cañón, y el segundo, centrifugo.
Características.
Un sistema para quemar está constituido esencialmente, por bombas, cañerías, filtros, válvulas, precalentadores y quemadores, además de otros accesorios. No es mas que un pulverizador (atomizador y algunas veces gasificador) de combustible liquido.
La combustión se debe a la acción conjunta del aparato antes citado y de otros elementos, como ser el bloque refractario, los registros de aire y las mismas paredes refractarias de hogar que reflejan calor sobre el combustible pulverizado.
La función del quemador consiste fundamentalmente en pulverizar el combustible, aumentando así la superficie de contacto de este con el aire y de intercambio de calor.
Para obtener una buena combustión, se requiere:
1. Mezclar íntimamente un volumen grande de aire con las partículas de combustible.
2. El movimiento del aire debe ser turbulento para producir, en las superficies de las gotas, una acción de barrido enérgico
3. El calor de la llama debe irradiarse hacia el interior de la corriente de pulverizado.
Se puede cumplir con las exigencias (1) y (2) haciendo desplazar el aire a velocidad relativa elevada en el aire a través del combustible, o lanzando a este ultimo con velocidad relativa elevada en el aire. Estas dos funciones pertenecen al quemador y se considerarán al estudiar los distintos tipos de quemadores.
La combustión en las calderas requiere la utilización de quemadores particularmente estudiados, permitiendo la mezcla íntima del gas y del aire, para evitar una combustión incompleta.
SALA DE CALDERA.
La sala de calderas es el recinto en el que se hayan dichos equipos. Una correcta distribución facilita las operaciones que tenga que llevarse a cabo, para la conducción y el mantenimiento de los equipos instalados en su interior.
Las calderas deben situarse en una sala de manera que se faciliten la limpieza y el mantenimiento de los componentes y las posibles modificaciones en la disposición de los tubos.
Para ello, las calderas debn estar suficientemente separadas entre sí y del resto de las instalaciones. Además, y con el fin de suministrar el caudal de aire necesario para la combustión, la sala de calderas debe estar provista de una ventilación adecuada. En el caso de que se utilicen compuertas de abertura automaticá, deben estar dotadas de dispositivos que impidan la operación de la caldera sin que aquélla se haya realizado.
En climas fríos, la sala de calderas debe construirse de manera que no sea posible la congelación del fluido contenido en los aparatos que en aquélla se hallen (recipientes, tuberías, válvulas, etc.). Por otro lado, y con el fin de mitigar las consecuencias de posibles explosiones, deben habilitarse dispositivos de alivio de éstas y muros con una solidez adecuada en las separaciones con espacios ocupados o vías de evacuación.
Condiciones mínimas que deben reunir:
Espacio Independiente.
Espacio independiente del resto de las instalaciones, sectoriza el riesgo y dificulta el acceso de las personas ajenas al funcionamiento de dichos equipos.
Puertas y Salidas.
Todas las salas de calderas deben tener salidas de fácil acceso. Las de categoría C pueden tener una salida única, mientras que las de las restantes categorías deben tener varias.
Para una rápida evacuación serán obligatoria dos salidas al menos al exterior, sitas en lados distintos de cada local. Estas puertas deberán tener dimensiones máximas de 1,20 m de ancho y
2 a 10 m de alto, presentando una resistencia al fuego, como mínimo, igual a la del muro donde se hallan instaladas.
Ventilación
Es necesaria una correcta ventilación. Con la llegada continua de aire se consigue uno de los integrantes de la combustión que efectúa el quemador, además se evita la formación de atmósferas peligrosas por posibles acumulaciones de gases y /o humos.
La sala de calderas deberá disponer en su parte inferior de unas aberturas cuya sección total : S1=Q / 500 /// donde S1 es la superficie en cm2 y Q la potencia calorífica en kcal. / h.
Para realizar una correcta ventilación deben situarse en la parte superior de una de las paredes o en el techo y en posición opuesta a las aberturas de entrada de aire, unas aberturas para la salida del mismo al exterior. De esta manera se consigue efectuar un barrido de la sala.
La sección total de las aberturas de salida será: S2 =S1 / 2
Iluminación
Con el fin de facilitar la realización de las operaciones propias de la conducción y el mantenimiento de una caldera, esta sala debe estar bien iluminada. No obstante, como medida de seguridad los indicadores de nivel y los manómetros deben estar perfectamente iluminados, para facilitar su visión en cualquier momento.
Res 231 / 96
Art. 20 - El lugar destinado a la instalación de generadores de vapor será un lugar segregado o separado de las instalaciones industriales, y cuando ello no fuera posible, reunirá las condiciones necesarias para evitar que, en los casos de rotura o explosión, se vea afectado el personal o los edificios cercanos.
Art. 25 - Los generadores de vapor humotubulares de 1º categoría, no podrán instalarse en
construcciones habitadas o en locales de establecimientos industriales que tengan pisos superiores.
Los techos de los locales donde se instalen dichos generadores se construirán con materiales livianos y sin trabazón con paredes o techos de otros locales. La distancia a las paredes, ejes de medianera y línea de edificación de frente, así como también a tanques o depósitos cuya rotura pueda ocasionar desastres, no podrá ser inferior a diez metros medidos desde la armadura exterior.
Del generador. Cuando por razones de dimensión del establecimiento u otra circunstancia especial, esta distancia deba ser reducida, será como mínimo de tres metros y se construirá entre la armadura del generador y las paredes, un muro de defensa el cual será calculado, y diseñada su ubicación, tomando en cuenta la máxima potencia de una explosión en el supuesto de un siniestro. Tanto en éste, como en el caso de que el techo del local no sea voladizo, se presentará ante la Autoridad de Aplicación una memoria de cálculo, firmada por un profesional habilitado, y se responsabilizará por ello, resultando mancomunado y solidario con el propietario.
Art. 26 - Los generadores de vapor de segunda categoría pueden colocarse dentro de cualquier taller, siempre que éste no forme parte de ninguna casa habitada.
Los hogares del generador deberán estar separados de la pared medianera por un espacio libre
De un metro por lo menos.
Art. 27 - Los generadores de vapor de tercera categoría, pueden instalarse en cualquier parte, y los hogares del generador deberán separarse de las medianeras por un espacio libre de medio metro por lo menos.
Art. 28 - La instalación de los generadores de vapor acuotubulares formados por tubos de diámetro máximo de 0,20 m, deberán ajustarse a las siguientes condiciones:
a) Instalarse en terreno firme.
b) Las paredes exteriores deberán estar a una distancia mínima de 1 m de la pared medianera.
c) El techo del local estará a dos metros cono mínimo de la pared más elevada de la caldera.
Sobre éste no podrá haber taller ni habitación.
Los locales de instalación de estos aparatos deberán contar con dos salidas, para ser utilzada una de ellas como eventual salida de emergencia, estando correctamente identificada.
Art. 29 - Si en un local destinado a generadores de vapor se efectúan modificaciones que varían las condiciones que reunía al hacerse la instalación, el permiso otorgado caducará de inmediato, y
El propietario estará obligado a solicitar una nueva autorización.
El local destinado a calderas de 1º categoría, sean éstas humotubulares o acuotubulares, deberá encontrarse separado de los demás talleres, por un medio ejecutado con material incombustible; no tener por encima ni por debajo, locales destinados a viviendas o talleres; debiendo ser cubierto por un techo liviano que no tenga ligaduras con las de los restantes locales de trabajo ni con los edificios contiguos, descansando sobre una armadura independiente.
OPERADOR DEL EQUIPO
D.351/79 - Art.138
Los trabajadores encargados del manejo y vigilancia de estos aparatos, deberán estar instruidos y adiestrados previamente por la empresa, quien no autorizará su trabajo hasta que éstos no se encuentren debidamente capacitados.
Res 231 / 96 - Art. 18
Los generadores de vapor se dividirán de acuerdo a su concepción tecnológica en manuales (A) y automáticas (B), y deberán ser atendidos por personas físicas denominadas foguistas.
Los identificados como (A) serán atendidos en carácter de permanente por un foguista, quien deberá revistar como tal para esa exclusiva finalidad, siendo limitado por la Autoridad de Aplicación, luego de rendir un examen de competencia.
El foguista podrá operar hasta dos generadores de vapor al mismo tiempo, siempre y cuando se encuentren en el mismo local y con los elementos de control de ambos a la vista.
Los que se encuadren en la categoría (B) serán atendidos por personal con carnet habilitante, pudiendo cumplir con otras tareas y no estar permanentemente en el lugar en que se encuentre emplazado dicho generador, con la condición de poder percibir las alarmas que estos aparatos poseen y con fácil y rápido acceso a este lugar.
La cantidad mínima de foguistas habilitados con que debe contar el establecimiento, estará dada por la cantidad de turnos que se cumplan, más uno como reemplazante.
Esta autorización podrá ser retirada si se detectaran faltas graves en el cumplimiento de la función específica pudiendo ser sancionado con inhabilitación temporaria o definitiva.
El carnet habilitante será otorgado por la Autoridad de Aplicación como de única categoría, limitado por el tipo de caldera y la superficie de calefacción. Este carnet podrá ser actualizado por el foguista, rindiendo un nuevo examen a fin de superar algunas de estas limitaciones.
La Autoridad de Aplicación deberá expedir un programa de examen a efectos de evaluar a los postulantes, el que tendrá que estar actualizado de acuerdo a los avances técnicos que se vayan Operando en la construcción y funcionamiento de estos aparatos.
El profesional actuante o la autoridad competente determinarán la concepción tecnológica del generador de vapor y para ser considerado de accionamiento automático deberá cumplir con lo establecido por el Art. 108 del Título VIII “Válvulas y Dispositivos”.
Todo generador de vapor de agua de alta presión deberá ser puesto y mantenido en funcionamiento por personas que posean matrícula expendida por la Dirección General de Fiscalización Obras de Terceros, de la categoría y con los alcances que fija el Decreto “Reglamento para la concesión de matrícula de foguista”.
ELEMENTOS DE CONTROL Y SEGURIDAD
Descripciones
Manómetro.
Es un instrumento indicador que se ubica en un lugar fácilmente visible y que permite conocer la presión actuante en la caldera. El conocimiento de esa presión es necesario desde el punto de vista de la seguridad y del funcionamiento económico de la unidad generadora de vapor.
En la actualidad se emplean dos sistemas de manómetros.
El primer tipo debido a Schaffer y Budemberg, se basa en la elasticidad de una lamina ondulada sometida en una cara, a la presión de la caldera y en la otra a la presión atmosférica.
El segundo tipo llamado también manómetro de Bourdon, se basa en la tendencia a enderezarse que experimenta un tubo de bronce curvado, de sección elíptica, cuando la presión que se le aplica en su interior es superior a la atmosférica. Generalmente se curva el tubo e arco de circunferencia.
Al actuar la presión del vapor en el interior del tubo, sus extremos libres describe un pequeño movimiento que amplifica el sistema de palancas que actúa sobre el sector dentado que hace girar al piñón solidario con la aguja indicadora. Para que los desplazamientos del extremo libre sean proporcionales a las variaciones de presión el tubo debe ser de forma apropiada.
Los manómetros registradores son manómetros metálicos provistos, en vez de aguja indicadora, de un estilete inscripto que corre sobre el papel graduado arrollado en un tambor arrastrado por un mecanismo de relojería.
Se distingue del barómetro en que éste solamente sirve para medir la presión atmoférica.
Existen varias clases de manómetro: Manómetro de líquido. Tubo en U con Hg, agua alcohol. Al aplicar presión en un extremo se desnivela el líquido, lo cual da una medida de la presión.
Manómetro de aire comprimido. Manómetro metálico, (o de Bourdón). Manómetro de émbolo o de resorte. Manómetro eléctrico o de resistencia.
Res 231/96 - Art. 104
Todo generador de vapor deberá tener dos manómetros a la vista, de diámetro mínimo 100 mm, donde la escala sea el doble de la presión de trabajo y con una señal que indique el límite máximo de presión a que puede funcionar.
Presostatos.
Son dispositivos cuya función es detectar las variaciones de presión en un fluido y transformarlas en una señal eléctrica que actúa sobre los contactos de un micro interruptor.
Esta constituido por un elemento sensible a la presión que esta en contacto con el fluido, distinguiendo tres tipos de elementos sensibles: Fuelle. // Pistón. // Membrana.
Acuastado.
Termostato que actúa ante una variación de temperatura del fluido en una instalación.
Corta el suministro de combustible.
Manóstato.
Dispositivo regulador de la presión de un fluido en una canalización o en un recinto dónde se halla comprimido o rareficado y consistente en un manómetro provisto de uno o dos topes (p.mín p.Máx) que provocan, eléctrica o mecánicamente la apertura o el cierre de válvulas destinadas a hacer que la admisión o el escape del gas volver a la presión normal.
Disco de ruptura.
Consiste en un disco metálico que rompe a una presión determinada, la cual será inferior en cualquier caso, a la de prueba del aparato (generalmente se adopta la presión máxima de funcionamiento). Se clasifican en: Prebombado. // Combadura inversa.
Son de diversos metales como el aluminio, el monel, el inconel o el acero inoxidable austenítico. Algunos presentan un revestimiento que les confiere una especial resistencia a la corrosión.
La desventaja que presentan los discos de ruptura es que no pueden volver a utilizarse luego de su ruptura. No deben utilizarse si el fluido a presión presenta características tóxicas.
No obstante, los discos se utilizan para proteger recipientes de presiones de diseño muy altas (en las que la capacidad de desahogo de las válvulas de seguridad pudiera ser insuficiente).
Otra ventaja que presentan estos discos es que pueden utilizarse en situaciones en las que las características del fluido, pueden hacer inoperantes a las válvulas de seguridad (viscosidad o riesgo de polimerización). De esta manera se utiliza en las plantas de proceso para protegen lo recipientes contra variaciones en la presión y para separa a las válvulas de seguridad y de alivio de los fluidos de proceso.
Tapón fusible.
Las calderas (especialmente las pirotubulares) que trabajan a una presión relativa inferior a 16 kgr/cm2 están, por lo regular, protegidas por tapones fusibles.
Es un elemento que consiste en un tapón roscado con una parte de aleación especial, que se coloca a un nivel determinado y que funde cuando el nivel de agua desciende por debajo del mismo. Se instala en la caldera en aquel punto de la superficie de calefacción mas abajo del cual no debe descender el nivel del agua, por los peligros que ello entraña.
Consiste en un tapón de bronce, con rosca fina para atornillarse a la chapa de las calderas.
Este tapón se rellena con un metal o aleación de bajo punto de fusión en general se trata de una aleación de estaño puro, cobre y plomo cuyo punto de fusión es de alrededor de 230° C, o también, de una aleación de plomo y estaño, pues esta última se fija mejor en el interior del tapón, el punto de fusión del estaño es superior a la temperatura del vapor, e inferior a la temperatura de los gases calientes. Normalmente un extremo del tapón está sometido al calor de las llamas o de los gases calientes mientras que el otro está cubierto por el agua.
Cuando el nivel de esta última baja hasta dejar al descubierto el tapón, el calor que se acumula en el metal, con que se lo ha rellenado, lo funde escapando entonces vapor de la caldera, indicando que el nivel de agua ha bajado hasta un punto que hace peligroso continuar con el funcionamiento de la caldera. De esta manera se impide que la presión de la caldera se haga excesiva, y, por otra parte, el escape del vapor atrae la atención del vigilante y pueden adoptarse las precauciones oportunas para evitar que se recaliente el metal de la caldera.
Las normas A.S.M.E. establecen cual es la ubicación correcta de los tapones fusibles en la mayoría de los tipos de calderas.
El tapón fusible debe renovarse una vez por año; se recomienda no volver a rellenar un tapón que se halla fundido.
Válvula de Alivio.
Al producirse un aumento de la presión, la válvula de alivio se acciona, el vapor que escapa por la misma produce un descenso del nivel de agua que, si no puede mantenerse con el agua de aportación ni disminuirse la presión, provocará la parada del equipo por actuación del dispositivo de bajo nivel de agua.
IRAM 25-5
Es una válvula automática que actúa por presión directa, diseñada para una apertura precisa y progresiva, no instantánea.
IRAM 2510
Dispositivo que actúa por presión estática en la entrada, que abre en forma gradual,
proporcional al incremento de presión por encima de la presión de apertura. Provista con un resorte alojado en una cámara hermética adecuada y se usa principalmente en servicios de líquidos.
Indicadores de nivel agua.
Son niveles que permiten apreciar la altura del líquido contenido por una caldera, tanque, y otros recipientes completamente cerrados. El módulo más simple consiste en un tubo trasparente y vertical (tubo de nivel) dispuestos en el exterior del recipientes, con el cual comunica por su extremo inferior. Estos dispositivos, además de indicar el nivel, pueden accionar la válvula de alimentación y sirven así para regular la alimentación del depósito dentro de dos niveles extremos.
El instrumento debe instalarse en un lugar fácilmente visible y que permita ver el nivel del agua dentro de la caldera. Las calderas deben estar provistas, como mínimo de dos aparatos que permitan conocer la altura del nivel del agua, y por lo menos uno de ellos ha de estar constituido por un indicador de tubo de cristal.
Los indicadores de tubo de cristal consisten esencialmente de un tubo U de vidrio, en posición vertical y cuyas extremidades se comunican a través de uniones apropiadas, respectivamente con la cámara de vapor y con la cámara de agua de la caldera, así el agua de esta última y la que hay en el tubo se encuentran al mismo nivel. Los grifos permiten independizar el tubo de la caldera ya sea para limpiarlo o para cambiarlo en caso de rotura; para expulsar a las sustancias extras que se depositan en el fondo del tubo.
Los niveles de agua se montan en la parte frontal del cuerpo cilíndrico de la caldera, de forma que puedan verse desde el suelo. La parte alta del nivel de agua se pone en comunicación con la cámara de vapor del cuerpo cilíndrico de la caldera, y el otro extremo, con la de agua. El nivel de agua va provisto de un dispositivo de alarma para denunciar los niveles
Su funcionamiento se basa en el desplazamiento de flotadores suspendidos de dos palancas; el conjunto se halla en equilibrio estático cuando el nivel de agua es el normal, estando entonces cerrada la válvula de alarma. En el momento en que prevalecen las condiciones de nivel
El nivel del agua de la mayoría de las calderas de acuotubos horizontales se mantiene de forma que el cuerpo cilíndrico quede lleno hasta la mitad aproximadamente, cuando el nivel del agua sea el correcto.
Res 231/96
Art. 103 - Cada generador de vapor deberá estar provisto de dos aparatos indicadores de nivel de agua en comunicación directa con el interior, de funcionamiento independiente el uno del otro y colocados a la vista. Uno de estos indicadores deberá ser un tybo de cristal dispuesto de modo tal que pueda limpiarse fácilmente o cambiarse, y tenga la protección necesaria que no impida la visión del agua y evite la proyección de fragmentos de cristal en caso de rotura.
Los indicadores de niveles pueden tener un cuerpo único siempre que éste tenga comunicación directa con el generador. En los generadores verticales de mucha altura, el tubo de cristal deberá ser completado con otro dispositivo que ofrezca a la vista, una señal exacta del nivel de agua.
Sensores de llama.
Fotocélula, Ultravioleta, Infrarrojo, ionización.
Pueden ser con o sin piloto, y sensado a la llama o al piloto.
Válvulas de seguridad.
Dispositivos empleados para evacuar el caudal del fluido necesario en una caldera de vapor, economizador, sobrecalentador y recalentador, de tal forma que no se sobrepase la presión de timbre del elemento correspondiente. Las válvulas de seguridad se caracterizan por una apertura rápida y total, no proporcional al aumento de presión. Estas válvulas de seguridad serán siempre de resorte y estarán provistas de mecanismos de apertura manual, debiéndose cumplir la condición de que la elevación de la válvula sea ayudada por la presión de vapor adecuada.
Dispositivos mecánicos de tipo de resorte accionados por la propia presión del fluido, cuya única misión es evitar presiones en las calderas superiores a las permitidas en el caso de fallo de los dispositivos de regulación. Por lo tanto, es uno de los dispositivos más importantes para evitar la explosión física de la caldera y, generalmente, el último recurso para impedir que ocurra aquélla.
Se emplean para impedir que en las calderas se desarrolle presiones de vapor excesivas, abriéndose automáticamente a una presión determinada y dejando escapar el vapor.
Una manija permite accionar la válvula a mano.
La misión de las válvulas de seguridad es evitar que la presión de la caldera sobrepase el valor normal de trabajo para la cual se la ha proyectado y construido, es decir que protege a la caldera contra las presiones excesivas.
A.S.M.E.
Toda caldera debe tener por lo menos una válvula de seguridad y si su superficie de calefacción es mayor de 50 m2, o produce mas de 900 kgr / h, deberán instalarse dos o más válvulas. Abrirán rápidamente cuando la presión supere en 1/20ª la de trabajo y se cerrará cuando la primera sea inferior en 1 / 20 a la segunda.
Las válvulas de seguridad y de desahogo o alivio son otro tipo de dispositivo destinado a evitar sobrepresiones peligrosas. La diferencia principal entre ella radica en su uso.
Las de seguridad, se destinan a gases o vapores mientras que las de alivio son para líquidos.
Esta diferencia se aprecia en la aventura de las válvulas: mientras que la primera presenta una abertura total al superar la presión de disparo de la válvula, las de desahogo, tienen una abertura proporcional a la presión.
Una válvula de seguridad dispone de una boquilla en conexión directa con las partes sometidas a presión, obturada por un disco, que recibe una fuerza en sentido descendente, proveniente de un resorte. En estado normal, un equilibrio de fuerzas entre la del muela y la de la presión del fluido, impone que este disco se halle sobre el final de la boquilla, sin posibilidad de evacuación del fluido.
Un desequilibrio entre estas fuerzas a favor de la presión interior provoca un levantamiento del disco, permitiendo una evacuación del fluido y, por tanto una eliminación de la sobrepresión, hasta que se reinstaura el equilibrio de fuerzas inicial.
Res 231/96 - Art. 101 -
Cada generador de vapor deberá poseer dos válvulas de seguridad independientes a resorte, o formando un solo cuerpo, conectadas directamente con la cámara de vapor del aparato, y reguladas adecuadamente de modo que la sección libre de cada válvula deberá ser tal que, cualquiera fuera la actividad del fuego, deje escapar el vapor en cantidad suficiente para que la presión en el interior del generador de vapor no excedadel máximo límite fijado.
Código de Edificación de la Ciudad de Buenos Aires
Las válvulas de seguridad serán dos y estarán reguladas para que una funcione a la presión máxima de trabajo y la otra a la presión máxima de trabajo más un 10%.
IRAM 25-5
Es la válvula que entra en funcionamiento cuando las condiciones de la instalación exceden los límites fijados.
IRAM 2510
Dispositivo que automáticamente descarga fluido, con el fin de evitar que se supere la presión de seguridad preestablecida. Se diseña para retornar a su posición natural de operación una vez restablecidas las condiciones normales de presión .
Estas válvulas pueden accionarse:
a) mediante la energía concerniente al fluido;
b) por una fuente de energía independiente de la del fluido.
Esta norma menciona las siguientes variantes de válvulas de seguridad:
De movimiento vertical parcial - De movimiento vertical total - De pasaje total
ELEMENTOS DE CONTROL Y SEGURIDAD
Funcionamiento general.
Seguridad ante Explosiones.
Éstas pueden clasificarse en:
a) Explosión física por rotura de las partes a presión: se produce por la vaporización instantánea y la expansión brusca del agua contenida en la caldera, como efecto de la rotura producida en un elemento sometido a presión.
b) Explosión química en el hogar: producida por la combustión instantánea de los vapores de combustible acumulado en el hogar.
Analizando estas causas de posible explosión, tendremos:
Alta presión del fluido.
Una presión superior a la de diseño puede provocar una rotura de estas partes a presión. Como elemento indicador de la presión existente en el interior del aparato, disponemos de los manómetros. Para facilitar el conocimiento, en cualquier momento, de la presión máxima de servicio, ésta deberá estar señalada en la escala con una indicación bien visible. Además, el manómetro deberá ser visible desde el lugar de conducción de la caldera.
Para controlar este aumento de la presión dispondremos de un presostato, el cual:
1.Parará la aportación calorífica cuando se alcance la presión máxima de servicio.
2.Conectará la aportación calorífica cuando la presión haya disminuido en 0,5 kgr/cm2.
En caso de fallo de este presostato, entrará en funcionamiento un segundo dispositivo, conocido como presostato de seguridad, el cual parará la aportación calorífica cuando la presión sobrepase la máxima de servicio y sea inferior a la de tarado de la válvula de seguridad. Además, el presostato de seguridad accionará una señal acústica indicadora de una situación peligrosa, para que el personal a cargo de la caldera, adopte las medidas correctoras pertinentes.
Por último, en el caso de que las medidas descritas sean insuficientes, la válvula de seguridad actuará liberando el exceso de presión. Deberá ser del sistema de resorte, dispone de un mecanismo de apertura manual y con una regulación precintable. Su descarga no puede producir daños a personas y/o bienes. No deberá estar incomunicada por una válvula de interrupción, de manera que sea posible el funcionamiento de la caldera con la válvula de seguridad incomunicada.
Alta Temperatura
Una temperatura superior a la de diseño puede provocar una explosión por la rotura de partes de la caldera que están a presión, al ser superada la resistencia de estos materiales.
Las causas que pueden dar lugar a esta alta temperatura son:
Falta de agua - Alta temperatura del fluido - Incrustaciones en el interior de las partes a presión.
Un tratamiento adecuado del agua de alimentación evita la formación de una crosta pétrea que dificulta el paso del calor. La falta de agua puede detectarse mediante detectores:
mecánico (flotador) // eléctrico (electrodo) // neumático (diferencia de presión)
Una vez detectada esta falta de agua mediante dos dispositivos independientes, se solucionará el problema: primero entrará en funcionamiento el sistema de alimentación de agua.
Si esta medida resultase insuficiente, el segundo dispositivo entraría en funcionamiento, parando
el sistema de aportación calorífica y poniendo en funcionamiento una señal acústica. En cualquier momento debe poderse conocer el nivel de agua; para ello dispondremos de los correspondientes indicadores.
En el caso de una alta temperatura del fluido, ésta será indicada por el correspondiente termómetro. Para evitar que esta temperatura adopte valores peligrosos, entrará en funcionamiento un termostato, el cual:
1.Parará la aportación calorífica cuando se alcance la temperatura máxima de servicio.
2.Conectará la aportación calorífica cuando la temperatura haya disminuido en 5°C.
Luego entra en funcionamiento un termostato de seguridad, el cual parará la aportación calorífica cuando la temperatura sobrepase en un 5% la máxima de servicio, accionando una señal acústica.
Combustión instantánea del combustible
Una combustión instantánea del combustible acumulado en el hogar puede dar lugar a una explosión del mismo. Esta es una de las causas que pueden producir una explosión denominada del tipo químico; puede ser debida a un fallo de la llama y a un reencendido que provoque la explosión. Para evitar esta posibilidad, se establece un proceso de encendido que se inicia con un barrido.
El barrido tiene por objeto, la introducción de aire en el hogar, para evacuar los gases del circuito de humos. Una vez efectuado el barrido se procederá a la formación de la chispa y la abertura de la línea de combustible auxiliar para que se forme la llama piloto.
En el caso de que esta llama no se forme, en los tiempos máximos de formación de llama, se cerrará la línea de combustible.
Una vez formada la llama auxiliar, se abrirá la línea de combustible principal para que se forme la llama principal y la caldera funcione de manera normal.
En el caso de que esta llama no se forme se actuará cerrando automáticamente las líneas de combustible, tanto principal como auxiliar.
Durante el normal funcionamiento de la caldera puede producirse una desaparición de la llama.
Este fenómeno debe ser detectado por una célula fotoeléctrica, parando el sistema de aportación calorífica y accionando una alarma acústica, en un tiempo establecido.
MANTENIMIENTO DE CALDERAS
D 351/79, Cap.16, Art.140
Las calderas, ya sean de encendido manual o automático, serán controladas e inspeccionadas totalmente por lo menos una vez al año por la empresa constructora o instaladora y en ausencia de éstas, por otra especializada, la que extenderá la correspondiente certificación la cual se mantendrá en un lugar bien visible.
Los reguladores de tiro se abrirán lo suficiente para producir una ligera corriente de aire que evite el retroceso de las llamas. Siempre que el encendido no sea automático, se efectuará con dispositivos apropiado.
Cuando entre vapor en las tuberias y en las conexiones frías, las válvulas se abrirán lentamente, hasta que los elementos alcancen la temperatura prevista. Igual procedimiento deberá seguirse cuando deba ingresar agua fría a tuberías y conexiones calientes.
Cuando la presión de la caldera se aproxime a la presión de trabajo, la válvula de seguridad se probará a mano.
Durante el funcionamiento de la caldera se controlará repetida y períodicamente durante ;a jornada de trabajo el nivel de agua en el índicador, purgándose las columnas respectivas a fin de comprobar que todas las conexiones estén libres. Las válvulas de desagues de las calderas se abrirán completamente cada 24 horas y si es posible en cada turno de trabajo. En caso de ebullición violenta de agua de las calderas, la válvula se cerrará inmediatamente y se detendrá el fuego, quedando retirada del servicio la caldera hasta que se comprueben y corrijan sus condiciones de funcionamiento. Una vez reducida la preción de vapor, se dejarán enfriar las calderas durante un mínimo de 8 horas.
Las calderas de vapor deberán tener, independientemente de su presión de trabajo, válvulas de seguridad y presostatos, las cuales al llegar a valores prefijados, deberán interrumpir el suministro de combustible al quemador.
Las calderas cuya finalidad sea la producción de agua caliente, independientemente de los valores de temperaturas de trabajo, deberán poseer acuastado, los que interrumpirán el suministro de combustible al quemador, cuando la temperatura del agua alcance ciertos valores prefijados. Cuando las calderas usen con gas envasado o natural, deberán poseer antes del quemador: dos válvulas solenoide de corte de gas, desarmadas y limpiadas cada seis meses, desmagnetizando el vástago del solenoide.
Las válvulas solenoide, los presostatos, los acuastatos y válvulas de seguridad que se usen, deberán integrar en serie el circuito de seguridad, el cual estará aislado térmicamente de la caldera. Este circuito deberá probarse todos los días.
Cuando la combustión en el quemador se inicie con un piloto, éste deberá tener termocupla que accione la válvula de paso de gas del propio piloto y las válvulas solenoide, de manera tal que al apagarse el piloto por acción de esta termocupla, se interrumpa todo suministro de gas al quemador de la caldera.
TRATAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN
La seguridad en las calderas se basa, en unas medidas de diseño y construcción, así como de unos elementos de regulación y control del funcionamiento normal de estos aparatos.
No obstante, las características propias de su funcionamiento hacen que existan, unos riesgos, como son las incrustaciones y las corrosiones, que pueden deteriorar la caldera, alcanzando valores que pueden ser peligrosos.
Analizando estos factores, se puede determinar un programa de mantenimiento, el cual estará encaminado a adoptar las medidas oportunas para que no se llegue a situaciones con riesgo grave para la instalación y las personas.
Incrustaciones
Unos de los problemas importantes con que nos encontramos en los generadores de vapor son las incrustaciones que se forman en el lado agua de las calderas.
Estas incrustaciones se crean a partir de las sustancias en suspensión y disueltas del agua. Algunas de estas sustancias (el oxígeno, el anhídrido carbónico, etc.) producen la corrosión del acero. Otras, como el bicarbonato de calcio, se descomponen por el efecto de la temperatura, precipitando en forma de carbonato o los sulfatos calcicos, que alcanzan la concentración de saturación y precipitan. Este precipitado, con sus características adherentes, se fija en las superficies de transmisión del calor de la caldera, dificultando la misma.
Solo podemos aumentar la temperatura, forzando la combustión.
Las sales muy solubles como las de sodio, no forman incrustaciones, si lo hacen, aquellas poco solubles cuya solubilidadad disminuye con la temperatura, en las superficies mas calientes del equipo o tubos, como las sales de sulfato de calcio (duras) y carbonato de calcio (mas blandas).
Otras sales poco solubles aumentan la solubilidad con la temperatura y se depositan en la superficie mas fria de la caldera.
El calentamiento provocado por forzar las condiciones de combustión, provoca la descarburización de la matriz de acero, diminuyendo su resistencia como consecuencia de la menor característica mecánica de la ferrita respecto de la cementita.
Consecuencia de esta fragilización de la matriz metálica, es la fisuración por falta de características de ductilidad, pudiéndose llegar a la rotura de una parte sometida a presión y, por consiguiente, a una explosión.
Así pues, para disponer de un correcto mantenimiento, es necesario disponer de un adecuado tratamiento del agua de alimentación, cuyo objetivo principal será la eliminación de la posibilidad de formación de incrustaciones.
Este tratamiento debe lograr eliminar todas las sustancias perjudiciales para el normal funcionamiento del generador de vapor, consistiendo el tratamiento en la eliminación de:
Las materias en suspensión - Las materias disueltas - Los gases disueltos.
El primer paso, la eliminación de las materias en suspensión, se conseguirá a través de la filtración, floculación y decantación del agua.
La floculación consigue la formación de partículas de tamaño sedimentable, debido a la formación de puentes químicos o enlaces físicos, emplea comúnmente el sulfato de aluminio. Posteriormente se procede a una decantación y eliminación de las materias disueltas en el agua. Estas materias disueltas forman lo que se denomina dureza del agua, un agua dura contiene una gran cantidad de sustancias disueltas y, por el contrario, un agua poco dura o blanda, contiene poca cantidad.
La dureza total de divide en dureza temporal y permanente. La primera esta formada básicamente por los bicarbonatos de calcio y magnesio, que se descomponen por la simple acción del calor.
Esta descomposición forma un carbonato prácticamente insoluble, que elimina una parte del catión Ca+2 o Mg+2 respectivamente. La dureza permanente esta formada, por las sales (cloruros, sulfuros, etc.) que no se eliminan por acción térmica, y es la causante de la formación de la crosta de carácter pétreo, dificulta la transmisión del calor, con la problemática que ya se ha indicado.
Métodos de ablandamiento del agua.
Los métodos químicos (de la cal-soda, del fosfato sódico, etc.) se fundamentan en la adición de una sustancia química que provoque la precipitación de los iones de calcio y magnesio, y su posterior eliminación.
Otro método muy utilizado para la eliminación de la dureza del agua es el que se fundamenta en el intercambio iónico, consistente en sustituir los iones de una disolución, por otros del denominado ión - cambiador. Este procedimiento permite la obtención de agua totalmente desmineralizada.
Los intercambiadores de iones, se clasifican en catiónicos y aniónicos, en función del tipo de ion que retienen:
· Catiónico fuerte o fuertemente: ácidos, son los que retienen todos los cationes.
· Catiónico débil o carboxílico: retienen los carbonatos y bicarbonatos.
Asimismo, los intercambiadores aniónicos los podemos clasificar en:
· Fuertemente básicos: retienen a todos los aniones.
· Débilmente básicos: solo retienen los aniones fuertes (SO4, Cl, NO3, etc.).
Según las características del agua y el uso a los que se destina, se utiliza un simple aparato con lechos mezclados, que contienen a la vez las resinas aniónicas y cationicas fuertes, o se utiliza una cadena de aparatos, que comprende una serie de intercambiadores de cationes y de aniones, así como un desgasificador para eliminar el CO2 y el O2, y un aparato de seguridad, de lechos mezclados, para eliminar las trazas de cationes y aniones residuales.
Corrosión en el lado del agua
Una de las causas de accidentes en los generadores de vapor consiste en la rotura de las partes sometidas a presión, con la posibilidad de que provoque una explosión.
Esta rotura puede deberse a un debilitamiento de las chapas o de los tubos de la caldera debido a la corrosión. La presencia del agua necesaria para la producción de vapor, produce la corrosión, aun sin la presencia de oxigeno. No obstante, en determinadas formas, nos puede ser beneficiosa puede detenerse por si sola, impidiendo un ataque más severo.
En ausencia de O2 y a temperatura superiores a 50º C, se forma la magnetita por la reacción:
4 H2O + 3 Fe = Fe3O4 + 4 H2
Proporcionándonos una película compacta y adherente, que presenta una propiedad esencial, frena un posterior ataque de la corrosión, formando en definitiva una capa protectora.
Así pues, la formación correcta de esta capa es de principal importancia.
Por ello antes de entrar a un servicio, una instalación nueva ha de limpiarse correctamente con el fin de eliminar las grasas y otras sustancias que pudieran resultar de las operaciones de fabricación y montaje.
Deben evitarse, debido a la capa de magnetita todas las condiciones fuertemente agresivas como las paradas o puestas en marchas bruscas, las variaciones repentinas de presión y de pH.
La protección del acero, se consigue con un pH entre 9 y 12, con niveles de NaOH entre 0,4 y 400 ppm en solución. Medios ácidos o fuertemente alcalinos disuelven la magnetita, causando la corrosión del acero.
Esta formación de magnetita, se ha realizado en ausencia de oxigeno. Si tuviéramos este gas disuelto en el agua, el producto final no seria magnetita sino el Fe(OH)2.
La masa porosa de herrumbre no protectora tiende a socavarse por óxido ferrico hidratado formando fisuras y discontinuidades. El depósito de masa porosa puede causar, en aguas con oxígeno, el funcionamiento de pilas (reacción diferencial), provocando entonces la corrosión localizada o por picaduras.
Así pues, es necesario que en el tratamiento del agua de alimentación se tenga presente la eliminación del oxigeno, que nos provocaría esta corrosión y la eliminación de CO2 por la posibilidad de formación de ácido carbónico inestable, variando el pH de la disolución (corrosión ácida) y pudiéndose transformar en bicarbonatos, pudiendo originar incrustación calcáreas.
Desgasificación química.
Adicionando al agua de alimentación reductores y neutralizantes.
Por ejemplo, la eliminación química del O2 se efectúa mediante la incorporación al agua de reactivos secuestrantes como la hidracina y el sulfito sódico.
2 Na2SO3 + O2 = 2 Na2SO4
N2H4 + O2 = N2 + 2 H2O
Desgasificación térmica.
Se fundamenta en la que la solubilidad de un gas va en función decreciente con respecto a la temperatura. Así, el agua de alimentación del generador de vapor y la procedente de la recuperación de condensados se introduce por la parte superior de un desgasificador. Por la parte inferior se introduce vapor de la misma caldera, sometido a una reducción de presión.
En el interior del desgasificador, se establece una corriente de vapor y oxigeno desprendido en sentido ascendente y una corriente, en forma de lluvia, descendente que es el agua a desgasificar. Hasta ahora, hemos procurado la correcta formación de la capa de magnetita, no obstante, existen factores, físicos y químicos, que pueden dar lugar a corrosiones en la caldera.
Algunos son:
· Cloruros: son los productores de depósitos multilaminares de magnetita como los que encontramos en las picaduras.
· Hidróxido sodico: el hidróxido sodico puede disolvernos la magnetita. Además, si esta se concentra en juntas, resquicios, etc., donde existe una fuerte transmisión del calor, puede aumentar la concentración del NaOH, siendo en estos casos peligrosa por la conjunción de posibles tensiones locales, apareciendo en lo que se denomina fragilidad cáustica, consistente en un agrietamiento intergranular por corrosión bajo tensiones.
· Efectos térmicos: las variaciones rápidas de temperatura pueden dar lugar a la rotura de la capa de magnetita que se nos ha formado. Esta rotura es consecuencia de la diferencia que existe entre los coeficientes de la dilatación propia magnetita y del acero.
· Corrosión termogalvánica: la diferencia de temperaturas entre una pequeña zona caliente y una zona fría que envuelva a la primera puede dar lugar a una corrosión termogalvánica, produciendo un proceso de picadura.
· Soldaduras y defectos de los tubos: puede producirse corrosión en las soldaduras y otros defectos en los tubos, si las diferencias de potencial son suficientes para provocar el proceso de picadura.
· Fragilización por hidrógeno: es posible que el hidrógeno que se forma con la magnetita se difunda hacia el interior del acero, reaccionado con el carbono para formar metano. Este, al tener un volumen considerable no abandona al acero por difusión, provocando tensiones capaces de fisurar al material.
· Bacterias sulfatos y tío sulfatos reductoras: puede producirse corrosión por la proliferación de bacterias sulfatos y tío sulfato reductoras las cuales al desarrollarse en las colonias reducen las sales del tipo mencionado contenidas en el agua a sulfuros corrosivos generando los puntos de ataque.
Conductividad.
El calor produce un movimiento de las moléculas del agua, cuanto mayor es la temperatura el movimiento es mas intenso y se pueden intercambiar electrones entre átomos y moléculas mas fácilmente y en consecuencia son mas fáciles las transformaciones que dan lugar a la corrosión.
Además al elevarse la temperatura aumenta la disociación de las sustancia disueltas y la del agua misma, es decir, es mayor la ionización, con ello el agua se hace mejor conductora para las corrientes eléctricas de corrosión.
Por lo tanto el sistema es mas corrosible cuanto mas conductora sea la solución salina pues los puentes salinos (en particular los cloruros) tienen mayor migración iónica, facilitando así la disolución del metal. En definitiva hay que mantener baja la salinidad (menor conductividad).
Erosión
Los sólidos en suspensión son partículas de materia sólida tan pequeña que pueden ser transportadas por el agua cuando circula a través de la caldera.
Estos sólidos pueden ser:
· Herrumbre que se introduce en los tanques de agua de alimentación por medio del condensado, resultado de la corrosión de las tuberías de retorno de condensado y del vapor.
· Sólidos formados en el interior de la caldera cuando las sustancias minerales formadoras de incrustaciones se combinan con los productos químicos del tratamiento.
Cuando el agua se desplaza a lo largo de una superficie metálica, algunas de estas partículas sólidas chocan contra la superficie. Si los sólidos son duros, como pequeños granos de arena, saltaran y rebotaran en la superficie, erosionándolas. Los sólidos son blandos y adhesivos, como el lodo, formaran probablemente fangos.
Fango
El fango es cualquier deposito mineral que se forma cuando los sólidos en suspensión se ponen en contacto con una superficie metálica y se adhieren a ella.
Se evitan los fangos por los siguientes métodos:
Extracción de fondo, para eliminar los sólidos en suspensión de la caldera. Cuando hay una gran cantidad de materia en suspensión en el agua, es mas probable que se formen fangos que si la cantidad es pequeña.
La extracción corta de fondo elimina las partículas sólidas que se han sedimentado en el fondo de la caldera (es la zona de menor velocidad del circuito).
De no realizarse este tipo de purga se corre el riesgo de que una parte de este fango se arrastre a los tubos, ayudado por la circulación del agua, formara depósitos de bastante espesor. Pudiendo incluso obturar los tubos.
Hay que tener cuidado de evitar de que este tipo de purgas se realice en forma excesiva, ya que en cada purga existe perdida de producto de tratamiento (el mismo hay que reponerlo en la proporción de volumen purgado) y hay incorporación de agua fresca al circuito (que como vimos trae oxigeno disuelto). Con las purgas y la incorporación de agua fresca se varia la salinidad del sistema (conductividad).
Corrosión en el lado humos
Unas de las causas de averías y / o accidentes en los generadores de vapor son las corrosiones que se producen en el lado de los humos.
Esta corrosión es debida a la composición del combustible que utilizamos. Generalmente, dicho combustible es un producto derivado del proceso de refino del petróleo (fuel-oil), lo que implica unas características químicas complejas y variables.
A pesar de estas diferencias entre las características químicas, el combustible estará formado por carbono, hidrógeno, oxigeno y nitrógeno, así como, en menores proporciones, por otros elementos como puede ser el azufre.
El azufre es el causante primordial de la aparición de corrosiones en el la humos de nuestra caldera, debido a un proceso de oxidación del mencionado elemento. En esta oxidación, el azufre se transforma en SO2, que a su vez pasa a SO3, pudiéndose condensar en forma de ácido sulfúrico, sobre superficies que tengan una temperatura inferior al punto de rocío.
Así pues, nos interesara que los gases de la combustión no tengan nunca una temperatura inferior a la del punto de rocío. Pero no solo los humos deben tener esta temperatura, sino también las partes que entren en contacto con ellos antes de salir a la atmósfera.
También nos interesa que la temperatura de la llama sea alta, para disminuir la formación del SO3.
En efecto, la velocidad de oxidación del SO2 a SO3 desciende rápidamente a partir de los 800º C, lo que nos indica que en una combustión rápida, la transformación será mínima.
Otros procedimientos para evitar los efectos del SO2, se fundamentan en la eliminación del mismo:
· Absorción por sulfitos: consiste en concentrar el SO2 por medio de la formación, cristalización y regeneración térmica de bisulfitos.
· Oxido de magnesio: es un proceso de concentración utilizando MgO, seguido de regeneración y formación de un flujo de SO2.
· Sal fundida: la concentración se obtiene por la absorción en forma de sal fundida de sulfito, reduciéndose posteriormente a sulfuro y a H2S.
· Dióxido de manganeso: El SO2 es concentrado en primer lugar y oxidado a sulfato del metal, seguido de regeneración del MnO2 y formación de sulfato amoniaco,
· Caliza: la reacción simultanea del SO2 con la caliza y la oxidación por el aire del sulfito resultante a sulfato produce una escoria que necesita ser eliminada adecuadamente.
· Carbón activo: todos los métodos dependen de las posibilidades de absorción de las diferentes formas de carbón activado para concentrar, primero, y después catalizar la oxidación del SO2 a SO3 con el objeto de producir ácidos o sulfatos. Se han utilizado lechos fluidificados, fijos y de flujo de pistón.
· Lavado de amoniaco: la absorción y concentración del SO2 y del aire en una solución de amoniaco produce el bisulfito y un tiosulfato que, a su vez, producen sulfato, agua y azufre.
Otros elementos a eliminar en los humos de un generador de vapor son los óxidos de nitrógeno, de carácter corrosivo, la producción de estos óxidos no depende del nitrógeno presente en la composición del combustible, sino que es adoptado por el aire.
Los principales factores que intervienen en la formación del NO como componente mayoritario de los óxidos de nitrógeno, son la temperatura de combustión, y la proporción aire-combustible. Actuando sobre estos factores, disminuiremos la posibilidad de formación de corrosiones.
VERIFICACIONES Y ENSAYOS TÉCNICOS
Prueba hidráulica.
Tiene por objeto asegrur que el recipientes estanco y apto para el uso.
El acero tiene la posibilidad de rotura por fatiga (deformación).
La técnica consiste en llenar las partes del equipo sometidas a presión con agua a temperatura ambiente (no inferior a 7° C) y elevar la presión de la misma hasta un 50% superior a la presión máxima de trabajo. En caso de que no se detecten fugas o deformaciones en el aparato, se considera que el mismo es apto para su funcionamiento, levantando esa acta del resultado de la prueba, asignando al equipo una placa en la que consta:
Número de Registro - Presión de diseño - Fecha de la prueba.
La utilización de agua como fluído de prueba se debe a las características de incomprensibilidad de la misma; de esta manera se eliminan riesgos ante un resultado negativo de la prueba (posible rotura del recipiente y liberación súbita del fluido contenido).
Los códigos de construcción de recipientes de presión especifican las condiciones particulares para la realización de la prueba, o la sobrepresión a que se debe someter el recipiente.
Procedimiento de realización: Presión de prueba =1,5 Presión máxima de trabajo
1. Comprobación de que las estructuras pueden resistir la carga del recipiente lleno de agua.
2. Colocación de bridas ciegas o tapones roscados en todas las válvulas y grifos del aparato (excepto la destinada al venteo del aire).
3. Llenado del recipiente con agua a temperatura ambiente, hasta su salida por el venteo (válvula o grifo situado en la parte mas alta de recipiente)
4. Aumento de la presión mediante una bomba accionada manualmente, la cual debe estar provista de un manómetro contrastado, hasta la presión de diseño
5. Aumento de la presión de manera lenta, hasta alcanzar la de prueba, mateniéndose en este valor un tiempo no superior a 30 minutos, determinando la existencia de fugas o de formaciones (resultado incorrecto de la regla).
6. Descenso hasta la presión de diseño, efectuando una inspección visual para la comprobación de la no existencia de fugas o de formaciones.
7. Descenso hasta la presión atmosférica para comprobar que no existen deformaciones permanentes en el recipiente.
Res 231/96 (actualizada por Res 129/97) de la SPA de la Prov Bs As,
La PH de los Generadores de Vapor debe ralizarse con frecuencia anual y la presión de prueba será la presión de diseño o apertura de la primera válvula de seguridad.
En los ensayos de Extensión de Vida Útil, el APÉNDICE II de la misma Res especifica que la PH se hará a una presión de 1,2 veces la nueva presión de trabajo definida en el recálculo.
Código de Edificación de la Ciudad de Buenos Aires
Establece que previo a la puesta en marcha de un Generador de Vapor, se lo someterá a una PH, siendo las presiones de prueba las siguientes:
1) El doble de la presión de trabajo, cuando ésta no supere los 6 kgr/cm2.
2) La p de trabajo más 6 kgr/cm2 cuando ésta sea mayor que 6 kgr/cm2 y menor de 12 kgr/cm2.
3) 1,5 de la presión de trabajo cuando ésta sobrepase los 12 kgr/cm2.
IRAM 25-9 - D-44
Una vez examinadas todas las partes de la unidad, internas o externas, antes de proceder a la reposición de aislaciones o partes de mampostería que han sido quitadas para efectuar la inspección, se hará una prueba hidráulica de resistencia, debiendo las calderas soportar durante media hora, a temperatura ambiente, las presiones indicadas más abajo; se aconseja que el incremento de la presión hidrostática interna de la caldera, se efectúe en forma sostenida y paulatina, debiendo evitarse variaciones bruscas tanto ascendentes como descendentes.
CALDERA P R E S I O N DE P R U E B A (kgr/cm2)
En Fábrica En lugar de Instalación
De agua caliente de hasta 11 kgr/cm2 de
Ptrab. y 120°C de temp. y
De vapor de hasta 1 kgr/cm2 de Ptrab.
DE FUNDICIÓN 2,5 a 4 kgr/cm 21,5 veces Ptrab
DE CHAPAS ACERO 1,5 veces Ptrab. 1,5 veces Ptrab.
De agua caliente de más de 11 kgr/cm2 de Ptrab. y más de 120°C de temp y de vapor de más de 1 kgr/cm2 de Ptrab.
Calderas diseñadas en base a la resist. a laTracción de la chapa
1,5 veces Pmax trab. 1,5 veces Pmax trab.
Calderas diseñadas en base al limite de fluencia 0,2 de la chapa
1,25 veces Pmax trab 1,5 veces Pmax trab.
Prueba Neumática
En algunos casos, la prueba hidrostática no es recomendable, efectuándose entonces una prueba neumática. Debido a que este tipo de prueba supone un mayor riesgo que la hidrostática, deberán adoptarse unas medidas de seguridad de mayor rigurosidad, medidas que deben ser aprobadas por la autoridad competente.
Los siguientes casos en los que puede ser necesaria una prueba neumática:
· Aparatos diseñados y / o soportados de modo que no puedan ser llenados de agua sin perjuicio de la seguridad.
· Dudas razonables en la resistencia estructural, de cimientos o fundaciones.
· Efecto perjudicial del fluido en elementos internos o paredes del aparato.
· Dificultad de secado, en aparatos que han de ser utilizados en procesos donde trazas del liquido empleado para la prueba no puedan ser toleradas.
· Dificultad material para realizar la prueba hidrostática.
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Mediante el examen visual, incluso con ampliación, no pueden localizarse todos los defectos pequeños situados dejado de la superficie de los metales fundidos o forjados. Los ensayos no destructivos revelaran todos los defectos sin dañar las piezas que son ensayadas.
Los métodos de ensayo no destructivos hallaran los defectos inherentes al metal (inclusiones no metálicas, rechupes, poros), defectos originados por el proceso de transformación (altas tensiones residuales, grietas y fisuras originadas por el manejo, por ejemplo, amolado de piezas fundidas o forjadas) y defectos que aparecen después de estar funcionando (cambios bruscos de sección, corrosión, erosión).
Los ensayos mas comúnmente usados para los metales fundidos y forjados son los siguientes:
Partículas magnéticas
La inspección mediante partículas magnéticas es el método de ensayo mas ampliamente usado. En el se utiliza el magnetismo para atraer y mantener partículas magnéticas muy finas directamente encima de la propia pieza. Si existe un defecto, este interrumpe el campo magnético y se muestra claramente por la imagen que forman las partículas. La pieza se magnetiza en direcciones adecuadas mediante tensión de red en corriente continua transformada en baja tensión (de 4 a 18 voltios), corriente alterna de fuerte amperaje, corriente de media onda o corriente trifásica de onda completa.
Los materiales de inspección son partículas ferromagnéticas finamente divididas, seleccionadas, trituradas y controladas para proporcionar movilidad y sensibilidad, disponibles en varias formas y colores. El tipo de defecto se busca y el estado de la superficie que ha de inspeccionarse determinan la forma del material y el método seco, húmedo o fluorescente que deben utilizarse. El color se selecciona de forma que proporcione el máximo contraste con la superficie de la pieza.
Todos los circuitos eléctricos deben instalarse y conectarse a tierra de acuerdo con los procedimientos normalizados.
Para controlar las partículas de polvo utilizadas en el ensayo, es necesario emplear aspiración local. Si esta no es factible, los operarios deberán usar equipo protector respiratorio.
Debe emplearse también protección en los ojos para preservarlos contra los efectos irritantes de las partículas de polvo.
Dado que el equipo magnetizador de partículas magnéticas pueden producir arcos, no debe usarse en zona en que haya gases o vapores combustibles.
Sustancias penetrantes
Los métodos de inspección mediante sustancias penetrantes son útiles para revelar grietas, poros, fugas y defectos similares que estén abiertos en la superficie de un material sólido, metálico o no. En primer lugar, hay que limpiar la parte o pieza que ha de inspeccionarse. Se aplica luego a la superficie una sustancia penetrante y a los pocos minutos es absorbida por las zona defectuosas a la acción capilar. La sustancia penetrante se elimina de la superficie, pero permanece en los defectos. A continuación se aplica un desarrollador o revelador que actúa como un secante y devuelve de nuevo la sustancia penetrante que se alojo en los defectos de la superficie y se examina esta.
Según la sensibilidad del material, la sustancia penetrante se elimina con un lavado con agua, detergente o emulsionante, seguido de un lavado con agua.
Pueden utilizarse sustancia penetrantes fluorescentes para poner de manifiesto defectos bajo la luz ultravioleta (luz negra). Pueden también detectarse defectos cos sustancias penetrantes coloreadas que contrasten con el blanco.
La mayoría de las sustancias son compuestos orgánicos que pueden causar dermatitis, debe evitarse el contacto con la piel y observarse estrictamente la higiene personal.
El equipo UV debe estar eficazmente protegido o usarse lentes filtradores del color adecuado.
Ultrasonido
Las ondas ultrasónicas (por encima de la gama de frecuencias audible de 20.000 vibraciones por segundo) las crea un generador electrónico que suministra tensión de alta frecuencia a un cristal piezoeléctrico.
Tres son los métodos básicos de ultrasonidos:
de reflexión, de transmisión total, y de frecuencia resonante.
En el método de reflexión, el haz que encuentra un defecto o discontinuidad en el material se refleja y el resto del haz sigue. El transductor de cristal piezoeléctrico emite ondas a través de un medio de acoplamiento al material y actúa también como receptor para detectar la reflexiones, las cuales son entonces captadas por un amplificador electrónico y aplicadas a un osciloscopio de rayos catódicos en el que pueden medirse los intervalos de tiempo entre las ondas que salen y las que entran.
En el método de transmisión total, se dirige un haz o una onda a través de un trozo de material. Si se encuentra un defecto o una discontinuidad, la energía es absorbida y el haz o la onda no pasa. Dado que los fluidos como el agua, el aceite y la glicerina dan mejor acoplamiento al aire, se usan generalmente como medio de acoplamiento entre el transmisor, el material y el receptor. En algunas aplicaciones, no obstante, puede usarse aire u otros gases.
El método de frecuencia resonante se usa fundamentalmente para medir el espesor del material. El equipo consiste en un oscilador electrónico que suministra tensión de frecuencia ultrasónica a un trasductor piezoeléctrico. Este se pone en contacto con la pieza que ha de ser ensayada y produce vibraciones longitudinales debajo de la zona de contacto. Un tipo de instrumento presenta visualmente la lectura del espesor en un tubo de rayos catódicos. Siempre que haya que ajustar o quitar el tubo, el equipo debe estar desconectado de la fuente de alimentación, y los condensadores, descargados.
Radiografía
En radiografía se usan rayos X, rayos gamma o rayos beta.
Los rayos X son unidireccionales y sus longitudes de onda pueden variarse (dentro de ciertos limites) para acomodarlos a las circunstancias. La radiografía gamma y beta difiere de la radiografía con rayos X en que los rayos gamma y beta son multidireccionales y sus longitudes de onda, al ser características de la fuente, no pueden regularse. Los rayos gamma para radiografía suelen obtenerse de isótopos de cobalto 60, del cesio 137 y del iridio 192.
Las fuentes puras importantes emisoras de rayos beta son el estroncio 90 y el iridio 90.
Las exposiciones hechas mediante rayos gamma suelen tardar mas en completarse que las realizadas con rayos X. Además, en algunos casos, las exposiciones con rayos gamma son inferiores en sensibilidad y contraste a las realizadas con rayos X.
La gammagrafía, sin embrago, tiene varias ventajas. Debido a la naturaleza de los isótopos, con frecuencia pueden hacerse varios ensayos simultáneamente, siempre que el material ensayado pueda colocarse de un modo adecuado. Además, los isótopos son independientes de la energía eléctrica, sus fuentes son portátiles y el pequeño tamaño de las mismas permite obtener radiografías en lugares angostos.
Los emisores de rayos beta se encuentra en forma de fuentes herméticas y se usan fundamentalmente para medir el espesor de la chapas metálicas.
Todas las fuentes de radiación ionizantes son potencialmente peligrosas. Además, las unidades de rayos X llevan aparejados peligros eléctricos de baja y alta tensión.
GASES INDUSTRIALES A PRESIÓN
ALMACENAMIENTO / DEPOSITO / USO y TRANSPORTE
En los cilindros de alta presión, para gases licuados o comprimidos se utiliza acero especial al manganeso o de pared mas delgada al cromo molibdeno; sin uniones soldadas y con un tratamiento térmico que mejora las propiedades de resistencia y elasticidad.
Los cilindros pueden contener oxígeno, hidrógeno, acetileno, dióxido de carbono, nitrógeno, cloro, dióxido de azufre, gases de petróleo licuados, etc..
Hay de distinta capacidad y tamaño, de espesor de pared entre 5 y 8 mm ; la ojiva y la base son de mayor espesor. Realizar inspecciones periódicas visuales y de sonido ; las pruebas hidrostática deben realizarse cada 5 años.
A causa de las presiones elevadas, los fabricantes de diversos gases y las autoridades reguladoras han establecido normas detalladas que se aplican a la construcción, protección, manejo y uso de los recipientes.
Gas comprimido :
Gas que a temperatura normal y a presión, dentro de un recipiente conserva su estado gaseoso. ( temperatura crítica menor de –10ºC)
Gas licuado :
Gas que a temperatura normal y a presión dentro de un recipiente, se encuentra en fase líquida y parcialmente en fase gaseosa. ( temperatura crítica mayor a –10ºC).
La presión depende de la temperatura del líquido.
Gas disuelto a presión :
Gas como el acetileno, disuelto en una masa porosa con acetona.
Gas criogénico :
Para mantenerlos licuados en un envase se proporcionan a temperatura mucho menor que la normal, en general por encima de la temperatura de ebullición.
Manipulación correcta de gases a presión
La manipulación de cilindros de gases a presión podría ser considerada en la misma forma que las autoridades consideran la conducción de vehículos, es decir, exigiendo que la persona que vaya a efectuar esta operación posea una licencia para hacerlo.
Los tubos conteniendo gases, al ser manipulados por personal adecuadamente adiestrado y conocedor de los riesgos potenciales, son tan seguros para trabajar con ellos como la mayoría de los productos químicos líquidos ordinarios y los compuestos sólidos manipulados constantemente en un laboratorio.
Es obligatorio para un proveedor embarcar cilindros que hayan sido fabricados de acuerdo con las normas "IRAM" y a las reglamentaciones de la misma entidad para la prueba, inspección, y llenado adecuado de estos cilindros y el uso de equipos de seguridad probados.
Prueba hidrostática de cilindros
Para la mayoría de los gases, se hacen pruebas hidrostáticas a los cilindros cada cinco años para determinar su capacidad de continuar en servicio. Durante la prueba el cilindro es sometido a presión de agua a un valor determinado por las especificaciones del cilindro y por la presión de trabajo. Se registran la expansión del cilindro y el valor de la deformación permanente después de haber suspendido la presión. Estos valores permiten la determinación del espesor de las paredes del cilindro y el grado de corrosión que las pueda haber afectado.
Llenado de cilindros
Los gases no licuados pueden ser envasados a la presión de trabajo señalada sobre el cilindro. En la actualidad las normas IRAM permiten hasta un diez por ciento de exceso en el llenado de cilindros que contengan gases no licuados y no inflamables. Por el contrario, los gases licuados deben ser envasados a una densidad determinada. Esta densidad representa el peso máximo de material permitido dentro del cilindro, como un porcentaje de la capacidad de agua del cilindro.
Puesto que los cilindros son manipulados por diferentes personas, considerar las precauciones que deben ser tomadas en su manipulación desde el momento de ser recibidos en la planta hasta el momento de tenerlos vacíos y listos para ser devueltos.
Identificación de los cilindros
Todo cilindro que sea recibido en una planta debe traer adjunto:
a) Una etiqueta o marca de identificación que indique su contenido.
b) Una etiqueta de la Norma "IRAM".
c) Una tapa de protección de la válvula.
Bajo ninguna circunstancia debe quitarse del cilindro el medio de identificación.
La tapa de protección de la válvula debe ser mantenida en su lugar hasta tanto el cilindro haya sido asegurado en su puesto y el usuario esté listo para sacar su contenido. Las etiquetas incluyen información sobre las precauciones mínimas para la manipulación de los cilindros y clasifican el contenido de la botella como inflamable, no inflamable, tóxico o corrosivo. En algunas ocasiones pueden llegar a la planta cilindros sin etiquetas, identificados solamente por el código de colores. Bajo ninguna circunstancia deben recibirse cilindros en tales condiciones. El código de colores tiene valor solamente para ayudar al proveedor a separar grandes cantidades de cilindros para el envase de los diferentes gases.
Almacenamiento de cilindros
Después de recibir los cilindros, generalmente se les coloca en bodegas para almacenamiento de gases o se envían directamente al sitio en donde serán utilizados.
Algunas plantas cuentan con áreas especialmente diseñadas y construidas para este fin.
Los edificios o áreas para almacenamiento deben ser :
resistentes al fuego, bien ventilados y secos, lejos de fuentes de ignición o calor excesivo.
Las áreas de almacenamiento en interiores no deben estar localizadas cerca de calderas, tuberías de vapor o agua caliente ni de cualquier fuente de ignición o de calor.
Las áreas de almacenamiento exterior deben contar con desagües apropiados y deben estar protegidos contra los rayos del sol, en donde prevalezcan las altas temperaturas.
Las áreas que no se encuentren bajo vigilancia durante las veinticuatro horas del día deben estar situadas lejos de llamas abiertas, herramientas que produzcan chispas y de cualquier lugar a donde los gases que pudieran difundirse lleguen a inflamarse o a explotar.
El almacenamiento en sótanos o debajo de la superficie debe ser evitado. Los cilindros deben estar protegidos contra la posibilidad de ser manipulados por personas no autorizadas. Deben ser colocados en compartimentos o ser amarrados para evitar que puedan caerse.
El almacenamiento en los laboratorios debe ser limitado a aquellos cilindros que se encuentren en uso.
Transporte dentro de la planta
Al trasladar cilindros del sitio de almacenamiento a la planta o al laboratorio se debe asegurar de llevar puesta en su lugar la tapa protectora de la válvula.
El transporte del cilindro debe efectuarse sujetado a una carretilla por medio de una correa o cadena para evitar que el cilindro pueda caerse al pasar por un bache. Cuando se trate de mover una cantidad grande de cilindros de un sitio a otro se puede utilizar un medio de transporte motorizado. Diferentes tipos de artefactos han sido diseñados para el transporte de cantidades grandes de cilindros. Todos incorporan algún sistema para mantener el cilindro asegurado en su lugar y evitar que pueda caerse (por ejemplo, una cadena ajustable o un soporte especial en forma de cuna).
Al colocar el cilindro en su sitio en la planta o en el laboratorio, debe asegurarse a la pared, a un banco o a algún soporte suficientemente resistente. Para ello puede usarse una correa de las suministradas especialmente para este fin o una cadena o cuerda, debe poder garantizar que el cilindro no se caiga.
Existen soportes especiales para uno o para varios cilindros, que utilizan una abrazadera metálica que se ajusta alrededor de los cilindros por medio de tornillos de mariposa, debe tenerse en cuenta aquel que de la mayor garantía de evitar la caída de los cilindros pero que a la vez permita el fácil reemplazo de los cilindros con la frecuencia que la operación lo requiera.
Teniendo el cilindro asegurado firmemente en su lugar se puede proceder a retirar la tapa protectora de la válvula, dejando esta última al descubierto.
Válvulas de los cilindros
Hay varios tipos de válvulas para cilindros. Cada una de ellas difiere de la otra en cuanto al tipo de orificio de salida y al aditamento de seguridad que tenga. El uso de acoples adaptadores anula la función de los diferentes tipos de conexiones y por lo tanto, sólo se emplearán cuando se trate de gases compatibles.
El equipo diseñado para algunos gases, como el oxígeno, no debe ser usado para otros gases. Los gases que son bombeados con aceite pueden dejar dentro del equipo regulador una película de aceite que al llegar a entrar en contacto con oxígeno puede producir una explosión o un incendio.
Dispositivos de seguridad para cilindros
Se han incorporado dispositivos de seguridad en todos los recipientes para gases comprimidos aprobados por "IRAM", exceptuando aquellos para servicio con gases tóxicos o venenosos, en cuyo caso se considera más perjudicial la explosión a dichos gases que la posibilidad de ruptura del recipiente. Aquellos cilindros para gases con los cuales no se permite el uso de aditamentos de seguridad incluyen en su diseño un factor de seguridad más alto.
Los dispositivos de seguridad se pueden encontrar en la válvula del cilindro, en tapones sobre el mismo cilindro, o en los dos. En el caso de ciertos tipos de gases o de cilindros de una longitud superior a la normal pueden necesitarse dos dispositivos de seguridad, uno a cada extremo del cilindro.
Estos dispositivos son de cuatro tipos básicos
1. Válvula de alivio de presión, para gases inflamables o licuados a baja presión.
2. Disco rompible o Disco rompible respaldado por un tapón de metal fusible,
usado en cilindros de alta presión.
3. Tapón de metal fusible.
La válvula de alivio de presión consiste en una válvula de asiento controlada por resorte, que se abre para dejar escapar presiones excesivamente altas y que se cierra nuevamente cuando la presión ha regresado a un valor seguro. El disco rompible se quiebra a una presión considerablemente más alta que la presión de servicio, pero inferior a la presión de la prueba hidrostática del cilindro, permitiendo el escape de todo el contenido del recipiente.
El disco rompible respaldado por un tapón fusible permite la salida del gas solamente si la temperatura es suficientemente alta para fundir el metal del tapón, permitiendo después el escape total del gas si la presión vence la resistencia del disco.
El tapón de metal fusible ( aleación de estaño y plomo) se derrite cuando la temperatura del gas interior es excesiva y permite así la salida de todo el contenido del cilindro.
Cualquiera de estos dispositivos están diseñados para evitar la ruptura del cilindro causada por presiones elevadas al estar el recipiente expuesto a altas temperaturas. Sin embargo, los dispositivos 2 y 3 pueden dejar estallar un cilindro que haya sido llenado por encima del límite permisible y que sea expuesto a una temperatura que haga elevar la presión en su interior pero que no sea suficientemente alta para fundir el tapón de metal.
El funcionamiento correcto de los dispositivos de seguridad solo puede lograrse cuando los cilindros han sido adecuadamente llenados, tal operación no debe ser intentada por el usuario a menos que haya recibido autorización expresa del proveedor.
El dispositivo de seguridad también puede fallar en su funcionamiento si la pared del cilindro es calentada por una llama intensa concentrada que la debilite hasta el punto de permitir su ruptura antes que la elevación de presión o temperatura pueda hacer operar el dispositivo de seguridad.
Conocimiento del gas utilizado
Es de máxima importancia que el usuario de gases comprimidos conozca todas las propiedades de cualquier gas que represente un riesgo tal como inflamabilidad, toxicidad, actividad química o efectos corrosivos. En ocasiones es difícil llegar a determinar el riesgo principal en el uso de un determinado gas debido a que este factor está influenciado por la forma como el gas sea utilizado.
En un laboratorio, dentro de una cámara para gases, el riesgo de. inflamabilidad del monóxido de carbono en presencia de una llama puede ser el riesgo principal, mientras que en una planta piloto en donde se use como agente reactivo, el mayor riesgo sería la toxicidad en el caso de producirse una fuga.
Conocer el campo de inflamabilidad de los diferentes gases, en el caso de los gases licuados del petróleo, tales como el butano y el propano, el campo de inflamabilidad es bastante reducido, pero por el contrario se necesita una cantidad muy pequeña de gas para obtener una mezcla explosiva. Los campos de inflamabilidad del acetileno, monóxido de carbono, óxido de etileno, sulfuro de hidrógeno y del hidrógeno son extremadamente amplios, indicando esto que pueden formar mezclas explosivas con aire, bajo una gran cantidad de condiciones diferentes.
Simultáneamente con las propiedades de los distintos gases, es importante conocer las clases de materiales adecuadas para la construcción de equipo, necesarias para evitar el deterioro causado por corrosión. Otro factor importante en la selección de materiales de construcción es la posibilidad que tengan de formar compuestos peligrosos en contacto con los gases, tales como los acetiluros (explosivos) formados por la reacción del cobre con el acetileno o con gases impuros que contengan acetileno, o la posible formación de fulminatos al tener mercurio en presencia de amoníaco.
El riesgo de los gases tóxicos, inflamables y corrosivos puede ser disminuido al trabajar en áreas bien ventiladas. Siempre que sea posible, se debe trabajar bajo campanas y emplear cilindros de un tamaño que aseguren el empleo del gas en un período de tiempo razonable.
Las fugas no deben ser pasadas por alto, debe informarse al proveedor sobre las fugas que no hayan podido ser corregidas por medio de ajustes simples, como apretando una tuerca de empaquetadura.
Cuando se utilizan gases tóxicos, es recomendable contar con un dispositivo o aparato que pueda dar la alarma al registrar concentraciones de gas peligrosas. Por ejemplo, en donde se trabaja con sulfuro de hidrógeno se pueden colgar tiras de papel de acetato de plomo. Este gas, a pesar de tener un olor desagradable, tiene la propiedad de insensibilizar el olfato de la persona, haciendo imposible el detectar por medio del olor concentraciones peligrosas de él.
Cuando se emplean gases corrosivos, se debe girar el vástago de la válvula del cilindro con frecuencia para evitar su agarrotamiento. Los reguladores y las válvulas deben permanecer cerrados al no estar el cilindro en servicio, estos últimos deben ser purgados con aire seco o con nitrógeno después de haber estado en servicio con gases corrosivos. Los dispositivos de control no deben ser dejados montados sobre el cilindro a menos que su uso sea frecuente. Cuando se trate de descargar gases corrosivos sobre líquidos se debe usar un sifón, válvula de retención o dispositivo de retención al vacío para evitar un retroceso peligroso.
Acetileno – generalidades
El acetileno se descompone y estalla si se le comprime. Sin embargo, disuelto en un solvente en el cual es muy soluble, como la acetona, se estabiliza. En esa forma se le maneja con seguridad en tanques a presión.
El cilindro contiene un relleno con una pasta seca y porosa, como un panal, en cuyas cavidades, se agrega Acetona; el gas acetileno al entrar en el cilindro se disuelve y se estabiliza en la Acetona. Se mantendrán en posición vertical al menos 12 horas antes de utilizar su contenido.
La ojiva y / o la base están equipadas con tapones fusibles de plomo.
El contenido se determina pesando el cilindro solamente con Acetona y luego con el gas.
Se prohíbe el uso de Cobre y sus aleaciones con alto % de cobre, en los elementos del tubo con Acetileno, ya que forman acetiluros de características explosivas. No sólo tiene una afinidad potencialmente peligrosa con el oxígeno, sino que puede formar mezclas con aire combustible desde 2,5% hasta 80%.
Oxígeno – generalidades
El oxígeno puro es incombustible y debe ser tratado con el mayor respeto. Esto se debe a que en combinación con los combustibles de acción más moderada el riesgo se incrementa de consideración. Materiales que normalmente tiene una combustión tranquila desprenden llamas de una violencia casi explosiva al quemar en una atmósfera de oxígeno.
Los cilindros con Oxígeno almacenados en interiores, deben estar a una distancia superior a los 6 m. de los que contengan gases inflamables o materiales muy combustibles.
No debe utilizarse sustancias grasas o aceites en los orificios de salida y en los elementos de los cilindros que contengan oxígeno o gases oxidantes. El oxígeno, como gas puro o licuado se combina con el aceite o la grasa y con algunos otros compuestos orgánicos, dando lugar a una mezcla explosiva, además se almacenarán separados de los gases inflamables.
Instrucciones preventivas en plantas
El usuario de gases comprimidos debe estar familiarizado con los métodos de primeros auxilios que deban emplearse en los casos de sobre exposición o a quemaduras causadas por gas. El médico de la planta debe estar plenamente familiarizado con los tratamientos posteriores que puedan ser necesarios. Las demoras en la aplicación del tratamiento a un paciente expuestos a gases tóxicos o quemado con gases corrosivos puede causarle lesiones permanentes, o llegar a ocasionarle la muerte. Solamente el personal autorizado podrá administrar primeros auxilios y, en todo caso, se abstendrá de aplicar tratamiento médicos. Se dará aviso inmediatamente a un médico. Se tendrán máscaras contra gases disponibles en un sitio accesible, para ser utilizadas en caso de contaminación del área. Se seleccionará el tipo de máscara adecuado y se adiestrará al personal encargado de la manipulación de gases comprimidos, sobre la correcta aplicación y las limitaciones de las diferentes máscaras y ayudas respiratorias disponibles.
Para prevenir lesiones en los ojos debidas a fallas en el equipo, se usarán gafas protectoras siempre que se trabaje con gases comprimidos. Disponer en la cercanía fuentes para lavaojos y duchas de emergencia, teniendo en cuenta que ellas se encuentren fuera del área que pueda llegar a contaminarse en caso de una fuga grande de gas.
Se tendrá a mano una dotación adecuada de extintores de incendio, preferente del tipo de polvo químico seco, inspeccionados periódicamente.
Evacuación del contenido de los cilindros
Gases licuados.
Para la evacuación controlada en estado líquido de un gas licuado, se usa una válvula manual. Existen también reguladores especiales para flujo de líquidos. La extracción del líquido debe hacerse a la presión de vapor del material, cualquier intento para reducir la presión resultará en una conversión repentina de todo el líquido o de parte de él al estado gaseoso.
La evacuación rápida de la parte gaseosa de un gas licuado puede causar el enfriamiento demasiado rápido del líquido, ocasionando la caída de la presión y del flujo por debajo del nivel requerido. En estos casos, se deben calentar los cilindros en un baño de agua con temperatura controlada para que la temperatura no exceda los 50ºC. Otro método para la rápida evacuación del gas consiste en transvasar el líquido a un intercambiador de calor en donde se vaporiza.
Este método no impone limitaciones de temperatura en el material, sin embargo, debe tenerse cuidado de evitar la obstrucción de la parte baja de la tubería de gas ya que esto puede causar una acumulación de presión excesiva tanto en el intercambiador como en el cilindro. Se deben colocar dispositivos para alivio de presión en todas las líneas de transferencia de líquidos para permitir el escape de acumulaciones repentinas de presiones hidrostáticas o de vapor, que puedan resultar peligrosas.
Gases no licuados.
El dispositivo más comúnmente conocido para reducir la presión a un valor seguro para la evacuación de gas es un regulador automático de presión. Este consiste en un diafragma, presionado por gas o por un resorte, que controla la apertura de un orificio. La presión de demanda equilibra exactamente la presión del resorte de control de la presión de salida para dar un flujo relativamente constante.
Determinación del contenido de un cilindro
Gases no licuados.
Al evacuar el contenido de un cilindro de gas no licuado, la presión dentro del cilindro disminuye en una cantidad proporcional a la cantidad extraída. El cilindro debe ser considerado vacío cuando aun se cuente con una presión positiva, para evitar la entrada de aire o de otros materiales al cilindro. El no cerrar la válvula del cilindro permitirá que éste aspire aire y humedad durante los cambios de temperatura. En esta forma se puede crear dentro del cilindro una mezcla explosiva, en el caso de un gas inflamable, o una condición extremadamente corrosiva si el cilindro contenía gas corrosivo o ácido.
Gases licuados.
Debido a que la velocidad de evacuación, los cambios de temperatura y la cantidad remanente dentro del cilindro hacen variar la presión dentro de él, la única forma de determinar el contenido de uno de estos cilindros es por medio del peso. Para ello los cilindros llevan estampado o escrito el peso bruto.
Manipulación de cilindros vacíos
Al considerar un cilindro vacío se debe cerrar su válvula. Luego se debe colocar en su lugar la tapa protectora de la válvula y cualquier otro dispositivo de protección con que haya sido recibido. Se marcará el cilindro “VACIO”, por medio de una etiqueta o usando pintura y pincel. Seguidamente se transportará al área de almacenamiento en donde se pondrá separado de los que están llenos y se guardará hasta el momento de enviarlo de regreso al proveedor. La falta de atención en la manipulación de los cilindros vacíos puede dar como resultado la ocurrencia de accidentes graves, al ser conectados en líneas de presión.
Empleo y manipulación del regulador automático
El regulador debe ser colocado sobre el cilindro sin forzar las roscas. Si la conexión de entrada del regulador no se ajusta a la conexión de salida del cilindro no se deben hacer esfuerzos para acoplarlos. Una diferencia en los acoples del regulador y del cilindro indica que dicho regulador no ha sido diseñado para el uso con tal gas.
Para obtener la presión de salida requerida seguir el siguiente procedimiento:
1- Después de ajustar el regulador a la válvula del cilindro, gírese la perilla de ajuste de presión de salida en el sentido contrario al de las manecillas del reloj, hasta quedar libre.
2- Abrase la válvula del cilindro lentamente hasta que el manómetro del regulador correspondiente a la botella registre la presión del cilindro. En este punto se debe constatar si la presión del cilindro está en el valor esperado. Una diferencia grande puede indicar alguna fuga en la válvula del cilindro.
3- Teniendo cerrada la válvula de control de paso a la salida del regulador, gírese la perilla de ajuste de la presión en el sentido horario hasta alcanzar la presión de salida deseada.
El control del flujo puede lograrse por medio de una válvula de paso a la salida del regulador, o por medio de una válvula suplementaria instalada sobre la línea de salida del regulador. El regulador en sí no debe ser usado como control de flujo ajustando la presión para obtener los diferentes volúmenes de salida. Esto anula el propósito del regulador de presión y, en algunos casos, se pueden obtener en esta forma presiones demasiado altas para el sistema en que es utilizado.
Tipos de reguladores automáticos
La selección correcta del regulador depende del campo de presiones de entrega requerido, del grado de precisión de estas presiones y de la cantidad de flujo necesaria. Hay dos tipos básicos de reguladores de presión automáticos, de una etapa y de dos etapas o doble. El de una etapa mostrará una ligera caída de presión a medida que la presión del cilindro baja. También mostrará una mayor caída de la presión de entrega que el regulador de dos etapas al aumentar la demanda de flujo, lo mismo que una mayor elevación de la presión en el momento de suspender el flujo.
Simultáneamente con la selección del tipo de control requerido es necesario considerar el material usado para su construcción. Por ejemplo, al utilizar bronce en presencia de amoníaco o metilamina, se presentará ataque intergranular del material, en tales casos se debe emplear acero o aluminio para la construcción de reguladores y válvulas. Esta consideración debe ser aplicada a todas las tuberías y válvulas usadas en el sistema de gas.
Dispositivos de seguridad
Es necesario instalar dispositivos adicionales de seguridad para proteger las tuberías contra presiones excesivas y para evitar que se presente el retroceso de materiales dentro del regulador y aun dentro del cilindro mismo. Además de la posibilidad de causar una rápida corrosión, el gas puede reaccionar violentamente con el material que retrocede por las tuberías, causando graves daños al sistema y al cilindro.
El peligro de retroceso puede ser evitado por medio del uso de trampas, sifones o válvulas de retención. Las elevaciones de presión generadas por la reacción con materiales de retroceso pueden ser aliviadas por medio de válvulas de alivio de presión montadas sobre la línea de gas.
Precauciones generales para el cuidado y almacenamiento
de cilindros de gases comprimidos o licuados
Deberán almacenarse en lugares secos y bien ventilados, protegidos del sol directo,
alejados de fuentes de calor o sustancias inflamables, de paredes resistentes al fuego.
La tapa de protección de la válvula debe permanecer colocada en cada cilindro hasta cuando éste se encuentre listo para su uso, colocado y asegurado en el soporte para cilindros o en el sitio de trabajo
Su número debe ser limitado, no deberán almacenarse en gran cantidad ni cerca de pasillos,
escaleras u otros lugares en los que puedan ser golpeados.
Se colocarán de manera de evitar las caídas, los choques o golpes entre sí.
Evite arrastrar, rodar o deslizar los cilindros, aun distancias cortas, deben ser movilizados por medio de una carretilla de mano o de cualquier otro dispositivo aprobado.
No utilizar los cilindros como rodillos, soportes o cualquier otro fin.
No se almacenarán juntos los llenos con los vacíos y se marcarán en forma visible cada sector
de recipientes con carteles : vacíos y llenos /// tipo de gas /// peligro de explosión.
Al conectar un cilindro vacío a un sistema bajo presión se puede presentar un retroceso de material dentro del cilindro, con consecuencias graves.
Se utilizarán únicamente los cilindros aprobados.
No quitar ni cambiar los números o marca que aparecen estampados en los cilindros.
Ninguna parte de un cilindro debe ser sometida a temperaturas superiores a 50ºC
No manipular los dispositivos de seguridad de las válvulas de los cilindros.
Estarán provistos del correspondiente capuchón.
No coloque los cilindros en sitios donde pueda convertirse en parte de un circuito eléctrico.
En presencia de soldadura eléctrica de arco se deben tomar precauciones para evitar que el cilindro pueda entrar en contacto con el arco.
En los vehículos de transporte deben colocarse parados verticalmente en una plataforma adecuada y sujetarse para que no se caigan. No se utilizar electroimán.
Cuando deben trasladarse de a uno, serán transportados en carretillas manuales con ruedas y
trabas o cadena que impida la caída o deslizamiento de los mismos.
IDENTIFICACION DE GASES INDUSTRIALESCODIGO DE COLORES
IRAM Nº 2641
GASES OJIVA CUERPO
OXIGENO AZUL AZUL
HIDROGENO ROJO ROJO
AIRE ROJO AMARILLO
DIOXIDO DE AZUFRE NEGRO VERDE
NITROGENO VERDE VERDE
ARGON NARANJA NARANJA
AMONIACO NEGRO GRIS
CLORO NEGRO AMARILLO
ACETILENO BLANCO NEGRO
PROPANO – BUTANO Color ALUMINIO Color ALUMINIO
Fluidos refrigerantes halogenados AMARILLO BLANCO
CO2 - almacenamiento y transporte GRIS GRIS
HELIO CASTAÑO CASTAÑO
MEZCLAS DE GASES OJIVA Y CUERPO BANDAS
NITROGENO - OXIGENO VERDE AZUL
OXIGENO - NITROGENO AZUL VERDE
NITROGENO - CO2 VERDE GRIS
LEY NACIONAL DE HIGIENE Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO Nº 19587 DEC. 351/79
Capitulo 17
ART 153º : ALMACENAMIENTO DE CILINDROS
Los cilindros de oxígeno y los de acetileno se almacenarán separadamente, de manera tal que en caso de incendio se les pueda evacuar rápidamente. Serán claramente rotulados para identificar el gas que contiene, indicándose en forma visible el nombre del gas y pintando la parte superior con colores para su diferenciación.
Se utilizarán reguladores de presión diseñados sólo y especialmente para el gas en uso. Los sopletes deberán ser limpiados regularmente, efectuándose su mantenimiento en forma adecuada y serán conectados a los reguladores por tubos flexibles, especiales para estas operaciones. Se evitará el contacto de sustancias grasas o aceites con los accesorios de los cilindros de oxígeno.
ART 154º : ACETILENO
En los establecimientos en donde se efectúen trabajos de soldadura autógena baja presión los generadores de acetileno fijos deberán instalarse al aire o en lugares bien ventilados, lejos de los principales lugares de trabajo. La ventilación asegurará que no se formen mezclas explosivas o tóxicas. La iluminación será adecuada y los interruptores y equipos eléctricos estarán fuera del local o la instalación será a prueba de explosiones.
Los generadores de acetileno portátiles se deberán usar, limpiar o recargar solamente si se cumplen las condiciones señaladas precedentemente. No fumar, encender o llevar fósforos, encendedores o cigarrillos, usar llamas o sopletes y tener materiales inflamables en estos locales. Se instalarán válvulas hidráulicas de seguridad entre el generador y cada soplete, las cuales serán inspeccionadas regularmente y en especial luego de cada retroceso de llama y el nivel de agua será controlado diariamente. El mantenimiento sólo será realizado por personal adiestrado y capacitado para tal fin.
ANEXO 1 –
TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE FLUIDOS CRIOGÉNICOS
Los líquidos criogénicos requieren precauciones especiales:
- Deben manejarse cuidadosamente ya que pueden causar congelación y daño de los tejidos:
- No acercarse a donde haya líquido en ebullición o donde haya peligros de salpicaduras y protegerse contra éstas. Asegurarse de que haya elementos de primeros auxilios en la zona.
- Nunca se debe tocar un recipiente sin aislar que contenga un líquido criogénico.
- Usar tenazas y protección para las manos, los ojos y la cara.
PRECAUCIONES GENERALES
Entre las precauciones especiales que deben tomarse para los líquidos criogénicos se incluyen las que corresponden al oxígeno, los gases inertes y los gases inflamables.
Las atmósferas que contengan oxígeno líquido o aire enriquecido con oxígeno, son altamente inflamables. El oxígeno líquido puede reaccionar violentamente al ponerse en contacto con aceites, grasas, asfalto, queroseno, alquitrán o residuos que contengan cualquiera de estas sustancias. La ropa que ha estado expuesta al oxígeno puede enriquecerse en oxígeno y encenderse fácilmente.
PRECAUCIONES PARA LOS GASES CRIOGÉNICOS INERTES
Entre las precauciones para los gases inertes criogénicos se incluyen el uso de dispositivos confiables para descargar la presión de métodos para desalojar los gases hacia un lugar seguro del exterior. Los sectores internos de trabajo deberán estar bien ventilados y ser controlados con instrumentos adecuados.
PRECAUCIONES PARA LOS GASES CRIOGÉNICOS INFLAMABLES
Los líquidos criogénicos se almacenan y transportan en varias clases de recipientes, desde el pequeño botellón de Dewar hasta vagones de ferrocarril. Cualquiera sea el recipiente o equipo usado, éste deberá estar diseñado especialmente para los líquidos criogénicos, es decir, los equipos deben estar fabricados para la presión y temperatura que requiere el producto. Ante cualquier duda se debe consultar con el proveedor de gas.
Los líquidos criogénicos deberán transferirse en forma gradual, a tuberías o recipientes “calientes”, a fin de evitar un choque térmico a la tubería o al recipiente y evitar una acumulación excesiva de presión. Cuando se traslade este material de un recipiente a otro, el recipiente que recibe el producto deberá enfriarse en formó progresiva para evitar un choque térmico y reducir la vaporización violenta.
Si el trabajo debe realizarse en un sitio cerrado, se deberán descargar los gases de escape.
Debe evitarse que caigan o se ladeen sobre un costado.
Si un recipiente muestra zonas de congelamiento en los costados, este debe ser vaciado, puesto fuera de servicio o enviado a reparar.
Generalmente la tubería usada para transferir líquidos criogénicos es pequeña, de cobre sin aislar o de acero inoxidable. También se usan mangueras flexibles, tubería encamisada y aislada al vacío, y otros sistemas sin aislar.
ANEXO 2 - BLEVE : Boiling Liquid Expanding Vapor Explosión
Explosión de vapores que se expanden al hervir un líquido
Condiciones para que el fenómeno ocurra :
1º- Tratarse de un gas licuado a temperatura ambiente, inflamable o no; o un líquido sobrecalentado y a presión. Para líquidos a presión normal, esta se incrementa al aumentar
la temperatura de calentamiento.
2º- Que produzca una rápida baja de presión en el interior del recipiente, esta condición puede ser originada por causas mecánicas como impactos, rotura o fisura del recipiente, actuación de un disco de ruptura o válvula de alivio de diseño inadecuado.
Esto no ocurriría con líquidos inflamables no presurizados, a lo sumo solo se derramaría.
3º- Condiciones de temperatura y presión que puedan producir la nucleación espontánea, o evaporación de toda la masa del líquido en forma rápida, generada por la rotura del equilibrio del líquido como consecuencia del sobrecalentamiento del líquido o gas licuado.
Cuando la válvula de alivio está calibrada, a una presión superior a aquella cuya correspondiente temperatura sea mas elevada a la de la línea de sobrecalentamiento, lugar donde es posible la nucleación espontánea, ocurre BLEVE.
Generalidades :
Es fundamental que el gas licuado o el líquido, se encuentre a una temperatura mayor a la que se encontraría de estar a presión normal, por lo tanto la temperatura de ebullición a 1 atm. a de ser menor a la del líquido dentro del recipiente.
Por el calor, comienza a subir la temperatura, causando un aumento de presión interior, cuando la presión del vapor alcanza la de la válvula de alivio esta abre y ventea, la parte del tanque sin líquido aumenta la temperatura, debilitándose la estructura metálica y produciendo la ruptura.
Al bajar rápidamente la presión, el líquido sobrecalentado comienza a hervir y a disminuir la temperatura hasta llegar a la presión atmosférica ; existiendo un producto por encima de la temperatura a la que teóricamente estaría en equilibrio a la presión atmosférica, esto da lugar a un desequilibrio que produce la ebullición violenta, colapsando el recipiente.
La válvula de alivio es insuficiente para mantener la presión interna por debajo de la resistencia del recipiente, libera el excedente de presión, y genera una BLEVE.
Si el disco de ruptura es de gran caudal origina en pocos segundos la evacuación de gran cantidad de producto y caída de presión ; esto no ocurriría con una válvula de alivio ya que al descender la presión inmediatamente se ira cerrando a la calibración que esta regulada.
METODOS PREVENTIVOS PARA QUE NO OCURRA UNA BLEVE
Controlar la cantidad de gas licuado en el llenado.
Colocación de varios discos de ruptura que actúen a distintas presiones,
evitando con ello la descarga de gran capacidad y la súbita baja de presión.
Calibración de las válvulas de seguridad para que actúen a una presión mas baja que las correspondientes a la línea limite de sobrecalentamiento.
Introduciendo en todo el interior del recipiente, una malla de celdas de aluminio, cuya función es la de distribuir el calor en forma homogénea en todo el volumen, evitando el aumento de presión en la cámara de vapor, y la detonación de una posible mezcla explosiva con aire.
PREGUNTAS DE LA UNIDAD 4
1-DESCRIBIR BREVEMENTE LAS FORMAS DE TRANSMISON DEL CALOR
2- SUPERFICIE DE CALEFACCIÓN, DEFINICION
3- PRESION DE TRABAJO MAXIMA
4- DESCRIBIR EL FUNCIONAMIENTO DE LOS SIGUIENTES EQUIPOS
MANÓMETRO, PRESOSTATO, VÁLVULA DE SEGURIDAD, VÁLVULA DE ALIVIO,
ACUASTATO, DISCO DE RUP0TURA, TAPON FUSIBLE.
5- CONDICIONES DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN PARA CALDERAS,
VALORES DE PH Y DUREZA, CONDUCTIVIDAD, OXIGENO Y CO2
6- INCRUSTACIONES EN LOS GENERADORES DE VAPOR
7- TÉCNICAS VERIFICADORAS DE :
ESPESORES, ESTADO SUPERFICIAL, FALLAS INTERNAS DE LA CHAPA
8- DEFINIR GASES LICUADOS Y GASES COMPRIMIDOS
9- CARACTERISTICAS DE SEGURIDAD GENERALES DE UN DEPOSITO DE TUBOS CON GAS A PRESION
10- OXIGENO,
EQUIPOS DE SEGURIDAD EN EL TUBO Y CARACTERÍSTICAS EN EL ALMACENAMIENTO
11- IDEM 10 PARA EL ACETILENO, NITRÓGENO Y PROPANO
12- COLORES DE SEGURIDAD IRAM 2641
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