implosión de calderas

Escuela Superior Politécnica del Litoral

Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción

Implosión de la caldera

Erick Jonathan Moreira Valdez

Termodinámica II

Ing. Mec. Eduardo Rivadeneira

Guayaquil, 20 de noviembre de 2013

Implosión en las calderas

Desde su invención, las calderas han estado presentes en la mayor parte de las industrias, constituyendo una forma eficiente y rápida de conseguir hasta vapor saturado, con la finalidad de utilizar este vapor en el funcionamiento de una máquina térmica.

Así mismo desde la puesta en marcha de los primeros experimentos de generación de vapor, tales como, la caldera de Watt (1785) o la caldera de Papin (1769) han estado presentes situaciones de riesgo y peligro a la integridad física de quienes se encuentren cerca de uno de estos artefactos , incluso estando en aparente buen funcionamiento.

Es muy común que la caldera exija un alto nivel de vigilancia manual para poder asegurar la seguridad del lugar en el que opera. Para tener una idea mucho más clara de lo que ocasionan los riesgos en su funcionamiento es necesario conocer cómo es que se ve y cómo es que logra cumplir su objetivo, pues bien la caldera es, genéricamente, un recipiente cilíndrico que está dispuesto sobre un hogar, que aumenta la superficie de contacto para una mejor transferencia de calor, compuesto de un cuerpo principal al que se le han agregado unos tubos que comunican con el mismo.

Figura 1.- Vista esquemática de una caldera pirotubular.

Las calderas constan de dos partes que son la cámara de agua y la cámara de vapor

Uno de los accidentes más letales que pueden ocurrir en una caldera es su implosión, es decir que las paredes del casco de la caldera pareciera que convergen todas a un mismo punto en el interior de la caldera, para utilizar un lenguaje sencillo es como si fuera succionada la caldera.

Hay algunas causas que pueden aumentar la probabilidad de que una caldera implosione y también hay muchos factores que nos pueden advertir sobre este evento para tomar correcciones durante la marcha.

Una de las causas más habituales es un mal proceso de combustión, este proceso es de suma importancia en la operación de las calderas, para que se efectúe es necesario un combustible, un comburente (aire) y algún elemento que facilite y produzca la ignición (chispa), cuando esto ocurre se produce una reacción entre el combustible y el oxígeno del aire, para liberar energía con la

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producción de los gases de combustión, cuando este proceso no ocurre en condiciones adecuadas, como por ejemplo no existe una relación aire / combustible adecuada , esto produce en primer lugar un paro durante el encendido .

Que el suministro de combustible sea fluctuante o que exista una obstrucción en la línea de combustible, o una caída transitoria en la presión del gas, pueden ocasionar esta relación inadecuada de aire /combustible.

Por esta razón es que se debe cuidar el tipo de combustible que se quema en la caldera, normalmente en la entrada del combustible existen filtros que detienen el paso de residuos sólidos que pudiesen ingresar al quemador, la mayoría de estos problemas ocurren cuando se utilizan combustibles de residuos, actualmente las calderas ya casi no operan con combustibles de residuos propiamente dichos, sino que este es completamente quemado antes de pasar a la caldera. Sin embargo antiguamente constituían un grave peligro para la seguridad.

Así mismo el descuido en el mantenimiento en los tubos de agua acarrea la formación de corrosión y otras consecuencias no deseadas, pero es sobre todo la corrosión la que influye en ciertas calderas que implosionan. Analicemos el porqué de esto, cuando por los tubos de agua se conduce una cantidad de agua muy por encima o muy por debajo de lo que indica el fabricante, se puede incrementar la concentración de sales en la caldera.

Así se pueden enumerar las principales causas de las implosiones en la caldera son:

Cuando tenemos la ausencia de combustible, la flama se extingue y por consecuencia de esto se produce una disminución de temperatura.

Cuando el flujo de agua no está ingresando a la caldera, esto puede ocasionar un sobrecalentamiento excesivo y luego el fisuramiento del material del que esta elaborado las paredes de la caldera.

Cuando se añade agua helada a la caldera o cuando el nivel en la caldera esta baja, esto generalmente es en el momento en que este nivel se encuentra debajo del 50% del volumen total.

Una caída rápida de la presión del horno debido a un desabastecimiento abrupto de la línea del combustible.

Una repentina reducción del flujo de aire en los tubos de la caldera.

Operación inapropiada de los operadores cuando se está trabajando con presiones muy altas.



Todos estos eventuales incovenientes lo que producen es una disminución de la presión interna de la caldera, si esta presión es más baja que la presión externa de la caldera es cuando incurre la implosión.

Figura 2.- Para que la implosión tenga lugar es necesario que la presión externa sea bastante más grande que la interna.

Las implosiones son bastante más comunes en calderas que son grandes.

Entre las consideraciones que se deben tomar en cuenta para la prevención de implosiones se tienen las siguientes:

Control de las presiones negativas del horno. El operador debe tener un rápido acceso al control de la presión del horno para poder evaluar la tasa de cambio del flujo entre el aire y los gases de combustión.

Es recomendable usar tres transmisores, para poder medir en puntos distintos con la finalidad de comparar las señales.

Chequear el flujo de aire y asegurarse de que este llegando correctamente a la caldera, es muy importante anticiparse a los cambios en la demanda del flujo de aire.

Así la presión negativa que va seguida a un debastecimiento de combustible y una pérdida de fuego en el horno puede ser evaluada en busca de evaluar de una manera ideal las técnicas de prevención.

El estado del sistema (gases en el horno) puede ser descrito usando la ley del gas ideal.

PV = MRT (Ec. 1)

P = Presión Absoluta.

V = Volumen del sistema.



M = Masa del sistema (no es el flujo de masa)

R = Constante universal de los gases.

T = Temperatura absoluta.

Todas estas en unidades consistentes, pues V y R son aproximadamente constantes, así que P es directamente proporcional al producto de NT , en donde N es una constante.

Entonces para dos condiciones bien diferenciadas de presión y de temperaturas en algún sistema dado en una caldera, se tiene que:

P2/P1 = (M2T2)/(M1T1) (Ec. 2)

En un estado de flujo estacionario se mantiene aproximadamente constante en la presión atmosférica balanceando la masa que reside y la temperatura en la caldera.

La temperatura a la que funciona un horno en una caldera no es controlada directamente y depende del balance de energía entre el calor que se añade ( en el combustible caliente y el aire calentado) y el calor que sale ( en el gas y debido a la transferencia de calor a las partes presurizadas).

La masa que reside en la caldera es automáticamente balanceado controlando el flujo de gas que abandona la caldera para mantener en una presión deseada al horno.

Pero una vez que el flujo de combustible que ingresa deja de existir, el balance no está más.

El flujo de gas que estaba siendo expulsado por la caldera ahora es remplazado únicamente por aire precalentado menos que por productos de la combustión. La temperatura promedio de los gases que residen en el horno ( y en otros subsistemas) en un instante que sea posterior a la falta de combustible disminuirá rápidamente y por la ecuación 2 se puede predecir que la presión comenzará a disminuir y podría provocar una implosión si no es controlada a tiempo.

Referencias Bibliográficas.

Boiler Furnace Pressure Excursion and Set Points, Poonam Tanwar , 2010. Safety Risks & Recommendations of Prevention Measures in Boilers, Fired Systems &

Associated Equipment, Carlos Batista, MSc, P.Eng. Calderas y accesorios. Guía de referencia técnica. Spirax-Sarco


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