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Accesorios delas Calderas

Preparado por:Pedro Abarca Bahamondes

Revisado por:Walter Dümmer Oswald

ACCESORIOS DELAS CALDERAS1. INTRODUCCION 3

2. ACCESORIOS DE OBSERVACION 52.1. INDICADORES DE NIVEL DE AGUA 52.2. INDICADORES DE PRESION 92.3. ANALIZADORES DE GASES DE LA COMBUSTION 132.4. INDICADORES DE TEMPERATURA 14

3. ACCESORIOS DE SEGURIDAD 153.1. VALVULAS DE SEGURIDAD 153.2. TAPON FUSIBLE 173.3. ALARMAS 18

4. ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE AGUA 204.1. BOMBAS DE ALIMENTACION 204.2. INYECTORES DE AGUA 234.3. ALIMENTACION POR CALDERETE O BOTELLA 24

5. ACCESORIOS DE LIMPIEZA 255.1. PUERTAS DE INYECCION 255.2. LLAVES DE PURGA 255.3. SOPLADORES DE HOLLIN 26

6. ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE 26

7. ACCESORIOS DE AUMENTO DE EFICIENCIA 277.1. ECONOMIZADORES 277.2. CALENTADORES DE AIRE (PRECALENTADORES) 277.3. RETARDADORES 28

8. ACCESORIOS DE CONTROL DEL GRADO DECALENTAMIENTO DEL VAPOR 288.1. SOBRECALENTADORES 288.2. DESOBRECALENTADORES O SATURADORES 28

9. ACCESORIOS DE CONTROL AUTOMATICO 299.1. CONTROL DE PRESION O PRESOSTATOS 299.2. CONTROL DE TEMPERATURA O TERMOSTATOS 319.3. CONTROL DE NIVEL DE AGUA 329.4. CONTROL DE AIRE 369.5. CONTROL DE LA LLAMA 369.6. CONTROL DE INCENDIDO (CHISPA) 36

INTRODUCCION1.Como ya sabemos, el generador de vapor es el conjunto o sistema formadopor una caldera y sus accesorios.

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Los accesorios de la caldera son todos los elementos útiles ynecesarios para permitir y/o controlar el buen funcionamiento

del equipo generador de vapor.

Cada uno de los accesorios tiene una función específica que cumplir cuandoel equipo está en servicio. El operador de caldera debe conocer cadaaccesorio, la función que cumple y/o lo que indica cada uno de ellos.

A continuación se presentan en forma esquemática los principales accesoriosde calderas:

a) ACCESORIOS DE OBSERVACION- Indicadores de nivel de agua.+ Tubos de nivel de agua (observación directa).+ Grifos o llaves de prueba o conos (observación indirecta).- Indicadores de presión.+ Manómetros.+ Altímetros.- Analizadores de gases de la combustión.+ Indicador de anhídrido carbónico.+ Indicador de monóxido de carbono.+ Indicador de oxígeno.- Indicadores de temperatura.+ Termómetros.+ Pirómetros (altas temperaturas).

b) ACCESORIOS DE SEGURIDAD- Válvulas de seguridad.+ De peso directo.+ De palanca y contrapeso.+ De resorte.- Tapones fusibles.- Alarmas+ Silbatos (de vapor)+ Luces y/o campanilla.

ACCESORIOS DE LAS CALDERAS

c) ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE AGUA- Bombas.+ Centrífugas+ De émbolo (sencilla-duplex)- Inyectores+ Manuales.+ Automáticos.- Caldereta o botella.

d) ACCESORIOS DE LIMPIEZA- Puertas de inspección.+ Tapas de registro.+ Puertas de hombre.- Llave de purga.+ Válvula de extracción de fondo.+ Válvula de extracción de superficie.- Varios:+ Sopladores de hollín.+ Limpiatubos mecánicos.+ Atizadores.+ Escareadores.+ Barrotes.+ Escobillas limpiatubos.

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f) ACCESORIOS DE AUMENTO DE EFICIENCIA- Economizadores.- Calentadores de aire.- Retardadores.

g) ACCESORIOS DE CONTROL DE GRADO DE CALENTAMIENTODEL VAPOR- Sobrecalentadores.+ Integrales.+ De fuego separado.- Desobrecalentadores o saturadores.

e) ACCESORIOS DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE- Quemadores de combustible líquido.+ De petróleo.+ De aceite.+ De parafina.- Quemadores de combustible sólido.+ De aserrín.+ De carbón.+ De leña.- Quemadores de combustible gaseoso.+ De gas licuado.

GENERADORES DE VAPOR

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2.1. INDICADORES DE AGUAa) Tubo de nivelConsiste en dos tubos, generalmente de bronce, uno conectado a la cámarade vapor y el otro a la cámara de agua de la caldera; ambos unidosexteriormente por un tubo de vidrio que en virtud del principio de los vasoscomunicantes, indica el nivel de agua que hay en el interior de la caldera.El tubo de vidrio va empaquetado en sus extremos por medio de prensasestopas con sus respectivas gomas y golillas.

Disposiciones oficiales que rigen en nuestro país exigen el uso de dosindicadores de nivel de agua para toda caldera, uno de los cuales debe sersiempre de observación directa (del tipo de tubo de vidrio), pudiendo serel otro formado por una serie de tres grifos o llaves de prueba.

UBICACION: Debe instalarse en la parte más visible para el operador dela caldera. Cuando el tubo se encuentra a una altura que dificulte suobservación (más de tres metros de altura sobre el suelo) se le dará unainclinación hacia adelante para facilitar su observación.

INSTALACION: La conexión inferior con la caldera debe ser siempre detal manera que la tuerca de la prensa estopa quede al nivel mínimo delagua. Con esta disposición, el nivel mínimo admisible de agua en la calderaestará a lo largo del tubo de vidrio, el cual debe marcarse claramente enforma indeleble.

Las empaquetaduras tienen que ajustarse definitivamente cuando la calderaestá con vapor, operación que debe realizarse con mucho cuidado para noquebrar el tubo de vidrio y sufrir accidentes y/o lesiones por quemaduras.Se recomienda que se aísle el tubo para ejecutar esta operación, ya quedispone de válvulas para este efecto.

h) ACCESORIOS DE CONTROL AUTOMATICO- Control de presión o presostato.- Control de temperatura o termostato.- Control de bajo nivel de agua.- Control de aire.- Control de la llama.- Control de encendido

ACCESORIOS DE OBSERVACION2.


Cuando la caldera se encuentra trabajando normalmente en el tubo denivel deben permanecer abiertas las válvulas que lo comunican con lacámara de vapor y con la cámara de agua, y cerrar la válvula que comuniqueal tubo con la atmósfera (lo llamaremos llave de desagüe).

Para la buena mantención de este tubo de nivel, se recomienda hacerledescargas y pruebas diariamente por todas sus llaves. Así se evitaránindicaciones falsas de nivel de agua.

Con el propósito de facilitar la visibilidad de agua, puede pintarse una rayaroja delgada en su parte posterior y todos los tubos deben ser provistos dedefensas contra posibles roturas del tubo de vidrio.

PRUEBAS DEL TUBO DE VIDRIO

PRUEBA DE AGUA: Se cierra la válvula que comunica con la cámara devapor (A en la figura Nº 1) manteniendo abierta la que comunica con lacámara de agua (B en la figura). El agua debe llenar el tubo de vidrio.Abriendo la llave de desagüe (C en la figura) se vacía el tubo y continuasaliendo agua por la unión inferior del tubo de nivel.

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PRUEBA DE VAPOR:Se cierra la llave quecomunica el tubo con lacámara de agua (B enla figura) manteniendoabierta la unión superior(A en la figura). Si seabre la válvula dedesagüe el vapor debeescapar con todavelocidad por el tubo devidrio.

En el sistema indicadordel nivel de agua, deobservación directa, sepueden p resen ta ralgunas fallas que seindican a continuación.

A, B, C, VALVULAS DE CONEXION

A

BC

NIVEL: A 1/3DE LA ALTURADEL TUBO

3 CMS.SOBRE TUBOSSUPERIORES

TUBO DE NIVEL

Figura 1


COMUNICACION CON LAS CAMARAS DE AGUA Y VAPOR, TAPADAS

Cuando la caldera está con agua, ya sea en servicio o detenida, y al abrirla llave de desagüe no sale agua ni vapor es una demostración prácticade que se ha acumulado sedimiento o hay obstrucciones de los conductospor otras razones.

REPARACION: Se cierran las llaves que comunican con ambas cámarasy se destapan los conductos, sacando las tuercas que para este objetotiene cada conexión al frente de ellas. Después se prueba su funcionamientocon agua y con vapor separadamente.

Cabe hacer presente que cualquier reparación que se realice en el tubode nivel, debe hacerse con la caldera detenida (fría).

Cualquiera de las dos comunicaciones que se obstruya, el tubo indicaráun nivel falso siendo mucho más peligroso que se tape la conexión conla cámara de vapor, ya que el tubo se llenaría de agua, existiendo un nivelinferior dentro de la caldera por el desequilibrio de presiones que seproduce dentro del tubo de vidrio, lo que podría producir inclusorecalentamiento de la caldera.

FUGA POR LAS EMPAQUETADURASAl producirse filtraciones de agua o vapor por las empaquetaduras, sedebe proceder de inmediato a su reparación para evitar quebraduras deltubo o daños al personal.

DESGASTE DE TUBOSEl tubo de vidrio se gasta por las condiciones naturales de su uso; poresta razón en las inspecciones debe tenerse especial cuidado en suobservación.Al notarse cualquier principio de desgaste debe procederse a su cambio,porque en este estado se vuelve muy quebradizo.

Es importante que el tubo ajuste en forma perfecta, sin sobreesfuerzo;además se debe evitar corrientes bruscas de aire para prevenir rupturasde tubos, especialmente cuando su verticalidad no es absoluta quedandosometido a esfuerzos diferentes en sus conexiones con las prensasestopas.

7ACCESORIOS DE LAS CALDERAS

b) GRIFOS DE PRUEBAConsisten en tres llaves colocadas a diferentes alturas. La primera debeestar colocada a un nivel superior al máximo admisible de agua, es deciren la cámara de vapor, y por ella debe salir siempre vapor al abrirla. Lasegunda debe estar ubicada al nivel normal de trabajo de la caldera (dentrode la cámara de alimentación) y por ella debe salir una mezcla de agua yde vapor. La tercera debe ir ubicada a una altura que corresponda al nivelmínimo permitido y por ella debe salir sólo agua. Para estar seguro, si saleagua o vapor por estos grifos, bastará con dirigir el chorro de fluido contraun obstáculo que puede ser madera o cartón; así se facilita enormementesu detección.

8

Figura 2


LLAVES DE PRUEBA

9

Los grifos de prueba deben encontrarse siempre en buenas condicionesde uso, ya que su objetivo es reemplazar al tubo de observación directacuando éste se quiebra o se le producen fallas de otra naturaleza.

Estas válvulas deben ser probadas a lo menos una vez en cada turno;además estas válvulas serán del tipo cono y estarán construidas de talforma que su mango indique inequívocamente, la posición de abierta, estoes, paralelo al tubo.

Por último, conviene destacar que las llaves de prueba, en general, estánubicadas a diferentes alturas comprendidas dentro de la longitud visible deltubo de vidrio.

a) MANOMETROSEl manómetro es un instrumento indispensable y ningún generador de vaporpuede trabajar sin él. Está destinado en forma clara y precisa la “presiónefectiva” del vapor, en Kg/cm2 o Lb/Pulg2, que existe en el interior de la caldera.

2.2. INDICADORES DE PRESION

100

90

80

70

605040

30

20

10

0

MANOMETRO

ESFERA DE DIAMETRO IGUALO SUPERIOR A 100 MM.

PRESION MAXIMA DE TRABAJOMARCADA CON LINEA INDELEBLEEN EL TERCIO CENTRAL DE LA ESFERA

CAPACIDAD MINIMA DE 1,5 VECES LA PRESION MAXIMA DE TRABAJO

LLAVE DE PASOPARA RECAMBIO

CONEXION ALA CALDERA

SELLO DE AGUA

KGCM

2

MANOMETRO

Figura 3


10

El manómetro deberá conectarse a la cámara de vapor de la calderamediante una cañería que forme una curva “S”, de modo que sobre él obreagua y no vapor. El objetivo de la curva es evitar que llegue vapor vivo alinterior del mecanismo, para que no se deforme o dilate con el calor y sepierda su exactitud. En esta curva se acumula condensado lo cual formaun sello de agua que siempre actuará sobre el instrumento.

El manómetro más sencillo consiste en un tubo elíptico curvado cerrado enel extremo, que al moverse hace girar un sector dentado que engranacon un pequeño piñón. En el mismo eje de este piñon va montada el aguaque se desplaza sobre una esfera graduada. La presión del vapor, agua ocualquier fluido tiende a enderezar el tubo, puesto que, por estaruniformemente distribuida en su interior, ejercerá mayor fuerza sobre lasparedes externas, de mayor superficie que las internas. Cuando la presióndisminuye a cero la elasticidad del tubo hace que vuelva a su forma primitiva,con lo cual la aguja indicadora de presión vuelve al principio de graduaciónde la esfera. Es importante anotar que en un manómetro la aguja,generalmente, empieza a moverse cuando ya existen 4 o 5 PSI de presióny todo dependerá de la sensibilidad del instrumento.

Cuando una caldera tiene un consumo irregular de vapor la aguja delmanómetro mantiene pequeñas oscilaciones de avance y retroceso, lo quees enteramente normal.

Conviene tener presente para el buen funcionamiento de un manómetrolas siguientes recomendaciones:

- La ubicación será tal que impida el calentamiento del manómetro amás de 50 0C.

- Siempre debe estar marcado con rojo, en la esfera, el punto exactode la presión máxima autorizada.

- Deberá tener una capacidad para indicar, a lo menos, una y media vezla presión autorizada de trabajo. (Casos de prueba hidráulica de lacaldera).

- Entre el manómetro y la caldera deberá colocarse una llave de pasoque facilite el cambio del instrumento. Esta llave debe permanecersiempre completamente abierta para evitar falsas indicaciones depresión.

- La cañería curva debe revisarse periódicamente para evitar acumulaciónde sedimento que puede impedir el libre paso del vapor.

- Se evitarán filtraciones en la línea de conexión del manómetro parasuprimir indicaciones falsas.


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- El diámetro del manómetro debe estar en relación con el tamaño dela caldera, no pudiendo ser inferior su esfera a 10 cm. de diámetro.

- Periódicamente debe controlarse el funcionamiento del manómetro yregularse si es necesario. Para tal fin, se deberá contemplar unaconexión conveniente donde instalar un manómetro patrón.

MUELLE

CREMALLERAY PIÑON

AJUSTE

EJE DELA AGUJA

ESFERA

TUBO

100

200

0

300

1000

MANOMETRO ASHCROFT BOURDON

Figura 4


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- No se debe mantener en servicio un manómetro cuando presentealgunos de los siguientes defectos:

- Sin vidrio o vidrio quebrado.- Con los números de su esfera borrados.- Que marque presión cuando la caldera está fuera de servicio.- Cuando la llave de conexión no abra bien.- Si su cañería de conexión no forma sello de agua.

SIFON

MANOMETRO DE VAPOR

TEE DE 1/4"

NIPLE DE 1/4"

VALVULA ABRE- CIERRE DE 1/4"

NIPLE DE 1/4"

FITTING DE 1/4"EXTERIORA 1/4" INTERIOR

VALVULA DEINSPECCION

NIPLE DE 1/4" X 2"

TEE DE 1/4"

TORNILLO DE 1/4" DE CAÑERIA,DESDE EL CONTROL DE VAPORHASTA ESTE FITTING

ATORNILLAR EN LA PARTE SUPERIORDE LA CALDERA Y EN EL CENTRODE LA PARTE FRONTAL

CONJUNTO DEL MANOMETROY SUS ACCESORIOS Y UNIONES

Figura 5


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Son aparatos destinados a controlar la combustión dentro del hogarmediante el análisis de los gases que salen por la chimenea.

b) ALTIMETROEn calderas de calefacción por agua caliente se utiliza el instrumentodenominado “altímetro” que indica directamente la presión en metros decolumna de agua (m.c.a.). A diferencia del manómetro que indica la presiónefectiva que existe en el interior de la caldera, el altímetro mide la presiónestática que ejerce el agua del sistema de calefacción, vale decir, es similara un medidor de nivel de agua que hay en el sistema, entre la caldera(punto mínimo) y el estanque de expansión ubicado en el punto más altodel sistema.

El funcionamiento del altímetro es similar al de un manómetro, pudiendousarse indistintamente uno u otro, con la salvedad de que al usarse unaltímetro en lugar de un manómetro, éste deberá respetar lasrecomendaciones antes indicadas. La equivalencia de las unidades es de1 Kg/cm2, que corresponde a 10 m.c.a.

2.3. ANALIZADORES DE GASES DE LA COMBUSTION

En el proceso de combustiónse desprenden ciertos gasescomo oxígeno, anhídridocarbónico y monóxido decarbono. Estos gases seanalizan al salir por la chimeneadeterminando el porcentaje decada uno de ellos. Al quemareficientemente cualquiercombustible, el porcentaje deanhídrido carbónico debe seralto, llegando a valores cercanoal 16% (depende del combus-tible). El monóxido de carbonodebe ser CERO. El oxígeno nodebe sobrepasar el 7%.

El más importante de estosinstrumentos es el “aparato deORSAT” que mide losporcentajes volumétricos delos tres gases mencionados.

CAMISADE AGUA

BURETA DEMEDICION

ABC

CONEXIONAL TUBO DE TOMADE MUESTRA

BOTELLA DENIVELACION

GRIFO DETRES VIAS

A, B, C, PIPETASABSORBEDORAS DE C O , O Y CO

APARATO ORSAT

2 2

Figura 6


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Son instrumentos destinados a medir la temperatura del agua dealimentación del vapor, de los gases de la combustión del petróleo, delhogar u otras. Se usa para medir temperaturas de hasta unos 500ºC.

El termómetro más común es el de mercurio, ya que éste se expande ycontrae considerablemente con los cambios de temperatura, sin llegar acongelarse ni a evaporarse. Se puede usar a distancia, usando un tubocapilar flexible conectado a un termómetro tipo reloj ubicado en el tablerode operaciones.

a) TERMOMETROS

Estos instrumentos se usan para medir temperaturas más altas (sobre los500 ºC). Generalmente son del tipo coplas térmicas (termocuplas) queconsisten en dos metales diferentes unidos y en contacto cerrado, los queson conectados por conductos eléctricos a un galvanómetro.

La diferencia de voltaje que se produce al calentar dos metales diferentesse indica en un dial en grados Celsius o grados Fahrenheit.

b) PIROMETROS

2.4. INDICADORES DE TEMPERATURA

Figura 7


UNIDADRECEPTORA

PROCESADORELECTRONICO

GASES DEESCAPE

EMISORINFRARROJO

ANALIZADOR DE MONOXIDO DE CARBONO (CO)

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Todas las calderas deben disponer de una o más válvulas de seguridad,cuya finalidad es dar salida (evacuar) al vapor de la caldera cuando sesobrepasa la presión normal de trabajo autorizada, con lo cual se evitarápresiones excesivas en los generadores de vapor.

La válvula de seguridad debe ser capaz de evacuar todo el vapor queproduce la caldera, aún sin haber otro consumo antes que la presiónsobrepase un 10% la presión de trabajo máxima autorizada.

La válvula de seguridad debe regularse a un 6% sobre la presión máximaautorizada.

Deben ir conectadas directamente a la cámara de vapor de la caldera,independiente de toda otra conexión o toma de vapor y sin interposiciónde ninguna válvula y obstrucción.

a) VALVULA DE SEGURIDAD DE PALANCA Y CONTRAPESO

El cierre de la válvula se produce mediante un contrapeso colocado sobreun brazo de palanca que la presiona.

En este tipo de válvulas deberá utilizarse un contrapeso de una sola piezay la palanca no debe cargarse con pesos adicionales ni amarrarse paraevitar su funcionamiento.

Debe probarse todos los días, levantando manualmente el contrapesopara estar seguro de su normal funcionamiento.

La regulación se consigue alejando o acercando el contrapeso de laválvula.

b)VALVULAS CARGADAS CON PESO DIRECTOEn estas válvulas la presión exterior sobre la válvula se consigue colocandodiscos metálicos sobre ella, y la regulación se obtiene agregando ocolocando discos con sus respectivas guías (orificios para alojarlos en losvástagos de las válvulas).

3.1. VALVULAS DE SEGURIDAD

ACCESORIOS DE SEGURIDAD3.


c) VALVULAS DE SEGURIDAD DE RESORTEEl esfuerzo que mantiene cerrada la válvula se consigue mediante unresorte calibrado, cuya tensión está en proporción al rango de la presiónde trabajo de la caldera. Puede regularse disminuyendo o aumentando latensión del resorte con el mecanismo de graduación que toda válvula deseguridad de este tipo tiene para este objeto.

Las válvulas de este tipo deben tener un dispositivo que permita abrirlas,a fin de despegarlas de su asiento, operación que debe realizarse todoslos días en forma manual por el operador de la caldera.

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En caso de tener que elegir válvulas de seguridad, se recomienda que seprefieran del tipo de “resorte de disparo” con el asiento a una inclinaciónde 45º a 90º, con respecto a la línea central del vástago.

Figura 8


PALANCADE PRUEBA

CARCASA DEPROTECCION

TORNILLO DE AJUSTEDE LA TENSIONDEL RESORTE

Consiste en un tapón de bronce, con hilo para ser atornillado al hogar, ytiene un orificio cónico en el centro, el cual se rellena con una aleaciónmetálica (plomo-estaño), cuyo punto de fusión debe ser de 250 0C comomáximo.

Estos tapones van instalados en el cielo de aquellas calderas de hogarinterior (locomóviles, Lancaster, vertical de tubos Galloway, etc.). El objetode este elemento de seguridad es que cuando el nivel del agua baja másallá del límite inferior admisible, quedando el techo del hogar sin agua, sefunde la aleación dejando caer agua con vapor sobre el fuego apagándolo,a la vez que sirve de alarma al operador, evitando así mayores perjuiciosa la caldera.

Estos accesorios pueden atornillarse desde dentro de la caldera haciaafuera o viceversa (de afuera para dentro). Todo dependerá del tipo defusible.

Los tapones deben ser sometidos a inspecciones periódicas con el objetode verificar que su funcionamiento sea correcto en cualquier momento.

Nunca deben reemplazar los tapones fusibles por pernos o soldar el orificiodonde éstos van alojados.

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3.2. TAPON FUSIBLE

Figura 9


TAPON DEL LADODEL AGUA

TAPON DEL LADODEL FUEGO

LADO DEL AGUA

LADO DEL FUEGO

TAPON DEL LADODEL FUEGO

MET

AL F

USIB

LE

CAJA

TAPONES FUSIBLES

Los tapones fusibles deben ser reemplazados cada vez que se observenalguno de los siguientes defectos:

a) Aleación suelta (filtrará por su interior).b) Aleación recalentada (la aleación plomo-estaño aparece hundida

por el interior de la caldera.c) Filtraciones por hilo. Puede estar suelto, mal colocado o tiene el hilo

rodado.d) Plomo-estaño corr ido. Se fundió por fal ta de agua.e) Tapón de bronce quebrado.

Es necesario hacer presente que si la aleación aparece ligeramente corridapor el lado del fogón puede ser normal y se debe exclusivamente a suuso.

En las inspecciones que se les hagan a estos accesorios por el interiorde la caldera se tendrá especial cuidado en verificar que no se encuentrancubierto de sales. Cuando esto sucede y se funde la aleación, el orificiodel tapón siempre queda tapado, ya que las sales (incrustaciones) impidenla salida del vapor o agua.

No todas las calderas llevan tapones fusibles, pues en algunos tipos (depequeño volumen de agua) no se justif ica su instalación.

Algunos generadores de vapor llevan unos accesorios de seguridadllamados silbatos de alarma que funcionan cuando el nivel de agua en elinterior de la caldera ha descendido más allá de lo normal.

Consiste en un tubo metálico con el extremo inferior abierto y sumergidoen el interior de la caldera hasta el nivel mínimo admisible. El extremosuperior lleva un silbato con su entrada obstruido por un fusible de unos100 0C, rodeado de un tubo espiral expuesto al enfriamiento exterior.Mientras el agua cubre la entrada inferior del tubo, la presión del vaporlo mantendrá lleno de agua. Cuando el nivel de agua en el interior de lacaldera desciende más abajo del mínimo admisible queda descubierto elextremo inferior del tubo, cae el agua rápidamente al fusible, lo queocasiona la fusión de él, dejando pasar vapor al silbato y produciendo laconsiguiente alarma.

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3.3. ALARMAS


19

Figura 10


MAXIMO

NIVEL DE AGUA

MINIMO

Los accesorios de alimentación de agua tienen por objeto reponer ellíquido que se ha vaporizado en el interior de la caldera.

Requisitos que deben cumplir:

a) Cada caldera dispondrá de dos o más medios de alimentación. Enel caso de calderas con combustible sólido, uno de los medios dealimentación será independiente de la energía eléctrica.

b) Cada dispositivo de alimentación debe ser capaz de inyectar 1,6veces la cantidad máxima de agua vaporizada por la caldera.

c) La presión que debe producir cada elemento alimentador debe ser,por lo menos, 1,25 veces la presión máxima de trabajo del generadorde vapor, aumentada en el porcentaje que corresponda a posiblespérdidas de carga ocasionadas por cañerías.

d) Siempre deben estar en buenas condiciones de servicio.

e) La cañería de alimentación estará provista de una válvula de retencióncerca de la caldera y de una válvula de cierre manual ubicada entrela caldera y la válvula de retención.

Las bombas de alimentación de agua para calderas se pueden clasificar:

a) Bombas de émbolo, con uno o varios cilindros.

b) Bombas centrífugas, con uno o varios escalonamientos (impulsiones).

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4.1. BOMBAS DE ALIMENTACION

ACCESORIOS DEALIMENTACION DE AGUA

4.

a) BOMBAS DE EMBOLOLas bombas de émbolo funcionan ejerciendo directamente la presión sobreel líquido bombeado. La entrada y salida del agua de la bomba estácontrolada por válvulas que se abren y cierran intermitentemente.

Pueden ser accionadas por motores eléctricos y un mecanismo de biela,corredera y cruceta, o por una pequeña máquina a vapor. Para escasapotencia pueden ser manuales.


Una bomba de émbolo sencilla consiste en un cilindro dentro del cual sedesplaza un émbolo o pistón, alternativamente. Son generalmente desimple efecto; esto es succionan (aspiran) e impulsan sólo por una caradel émbolo. Estas bombas también son conocidas con el nombre de“aspirantes-impelentes”. Si la bomba lo constituye sólo un cilindro se llamasimple y si tiene dos se llama duplex.

Las bombas duplex, conocidas en la práctica como “caballitos de vapor”,tienen dos cilindros de vapor y dos de agua con sus respectivos émbolos.Los cilindros de vapor van instalados uno al lado de otro. Igual ubicaciónllevan los cilindros de agua, es decir, son también contiguos entre sí,situados en el otro extremo de la máquina de vapor que los acciona. Todaslas bombas de este tipo son de doble efecto, es decir, los émbolos aspirany descargan con ambos extremos (ambas caras). El sistema bombamáquina vapor forma un solo cuerpo y es fácilmente transportable.

El vapor consumido por estas bombas generalmente se pierde, lo que setraduce en pérdidas de calor y menoscabo del rendimiento de la caldera.

b) BOMBAS CENTRIFUGASLas bombas centrífugas ejercen la presión sobre el líquido por rotaciónde un impulsor alojado dentro de una carcasa. En estas bombas la entraday salida del agua son continuas, sin válvulas y sin dispositivos de controlen la unidad misma.

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Figura A


VALVULAS DE CORREDERACILINDRO DE VAPOR

BOMBA DUPLEX

CILINDRO DE VAPOR

EXTREMO VAPOR EXTREMO AGUA

CILINDRO DE AGUA

CILINDRO

DE VAPOR

VALVULAS DEDESCARGA

VALVULAS DEASPIRACION

FIGURA A:PLANTA Y CORTE EN ALZADO DEUNA BOMBA MOVIDA A VAPOR DEDOBLE EFECTO DUPLEX.

Las bombas centrífugas pueden ser accionadas por turbinas de vapor,por correas de transmisión, por motores de combustión interna o acopladosdirectamente sobre el eje de un motor eléctrico, mediante un acoplamientoflexible.

En estas bombas el agua entra al elemento impulsor (difusor) rotatorio,turbina o mariposa por su centro, fluyendo radialmente hacia afuera yabandonando el rodete con gran velocidad. En la carcasa y tuberías, estavelocidad se transforma en energía de presión capaz de vencer la resistenciainterna de la caldera.

La capacidad de una bomba se expresa generalmente por la cantidad deagua que puede descargar cada cierto tiempo. Así por ejemplo: 2 Ltrs/Seg.,120 Ltrs./Min., etc.

Las bombas centrífugas proporcionan un caudal continuo y se utilizanventajosamente para servicios de grandes presiones relativas, empleandounidades de varios rodetes impulsores, los que se conocen también comobombas de escalonamiento múltiples. Tienen costo más pequeño deinstalación, mantención y de funcionamiento que las de émbolo.

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Figura B


BOMBA CENTRIFUGA

DESCARGA DEL LIQUIDO

FIGURA B:BOMBA CENTRIFUGA EN ESPIRAL,CON ASPIRACION SIMPLE Y CONUN SOLO RODETE.

RODETE IMPULSOR

ENTRADA DE LIQUIDO CARCASA EN ESPIRALCARCASA EN ESPIRAL

PASO ENTRELOS ALABESDEL RODETE

Los inyectores funcionan con el mismo vapor de la caldera y son capacesde descargar agua contra una presión relativa de 2 a 4 Kg/cm2 mayor quela del vapor que los alimenta.

El vapor que lleva el vapor es devuelto a la caldera por el calentamientodel agua de alimentación, en el interior del inyector.

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4.2. INYECTORES DE AGUA

TUBO DEDESCARGA

CAMARADE MEZCLAS

VALVULA

TUBO DEMEZCLA

CAMARADE AGUAAGUA

TOBERA

AGUA A ALTA PRESIONHACIA LA CALDERA

VAPOR

INYECTOR DE AGUAAl entrar el vapor en eldispositivo adquiere unagran velocidad en la primeratobera (cono) debido a supresión y comunica unacierta cantidad de energíaal agua que llega de lacañería de alimentación.Esta acción obliga a pasarel agua a lo largo de latobera de aspiración, de latobera de descarga y de lacañería de salida. Estemismo efecto hace posibleque se levante la válvula deretención de descarga delaparato y se venza lapresión interna de la caldera.

El agua de alimentaciónpenetra al inyector por lacañería de alimentacióndebido que al pasar el vaporse produce un vacío parcialal entrar la tobera deaspiración y la presiónatmosférica empuja el aguahacia el interior del inyector.

Figura 11


La presión mínima necesaria para que un inyector funcione es de 35 PSI,aprox. 2.4 Kgs/cm2, aunque a veces se ofrecen aparatos que se garantizanpara trabajar con presiones inferiores. En la práctica no siempre han dadobuenos resultados.

Un inyector trabaja mejor mientras mayor sea la presión del vapor de lacaldera y el agua de alimentación lo más fría posible.

Los inyectores llamados automáticos no tienen válvula de aguja; se accionandirectamente con la válvula manual que permite el paso de vapor al dispositivo.

En este tipo de inyector, las toberas (conocidas prácticamente con el nombrede corneta) son cambiables cuando la sección de los conos acusa muchodesgaste. Las toberas no tienen regulación y sólo se calibran al fabricarlas.

En el rebalse, lleva una válvula que impide la entrada de aire al inyector.

Algunas calderas de muy pequeña potencia tienen un sistema dealimentación de agua que se denomina caldereta o botella y que consisteen un recipiente que debe tener la misma resistencia mecánica que lacaldera. Va ubicada a un nivel más alto que la caldera. Tienen sus cámarassuperiores e inferiores comunicadas entre sí. La botella, además tienecomunicación con la atmósfera y una conexión por la cual puede llenarsede agua fría mediante un embudo.

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4.3. ALIMENTACION POR CALDERETE O BOTELLA

Para alimentar la caldera, seigualan las presiones, abriendola válvula que permite el pasode vapor desde la caldera a labotella, después se abre laválvula de paso de agua desdela caldereta a la caldera y éstacaerá por su propio peso. Estesistema se designa como“alimentación por gravedad”.Desde luego, se entiende quela válvula atmosférica y demáscomunicaciones con el exteriordeben estar también cerradas.

Ningún sistema de alimentaciónde agua para calderas puedeestar conectado directamente ala red de agua potable.

VAPOR

AGUA DEALIMENTACION

Figura 12


Como su nombre lo indica, sirven para efectuar ya sea limpieza interiorde la caldera o exterior, por lado de los conductos de humos.

Se conocen como puertas de visita y tapas de registro. Van instaladas enla misma caldera y sirven para efectuar limpiezas e inspecciones interioresde los colectores principales o de los tubos según sea su ubicación. Existentambién puertas de visita que permiten efectuar la limpieza a los conductosde humos. Muchas veces estas puertas se acondicionan con contra/pesoso resortes calculados para que se abran a un exceso de presión y permitanla salida de los gases al producirse una mezcla explosiva en la cámarade combustión. Las puertas que cumplen con este objeto se llaman “puertasde explosión”.

Se conocen como llaves de purga o de extracción de fondo y van ubicadasen la parte más baja de la caldera. Sirven para extraer los lodos o barrosprovenientes de la evaporación de “aguas duras” y acción del uso de“desincrustantes”. También se utilizan para vaciar las calderas. Estasllaves deben abrirse totalmente y dejar libre toda la sección de la cañeríao descarga. No se deben usar válvulas de compuerta ni de globo.

Algunas calderas tienen también a la altura del nivel de agua, dentro dela cámara de alimentación, una llave llamada de extracción de superficiepara botar algunas impurezas livianas.

Algunas calderas modernas traen además un sistema de purga continua,por intermedio de un tubo pequeño, para ir sacando las impurezas amedida que precipitan. De vez en cuando deben abrirse las válvulasgrandes de extracción de fondo para sacar completamente los lodosacumulados.

Las extracciones de fondo pueden hacerse a cualquier presión que tengala caldera y el método que se utilice dependerá de cada instalación enparticular. Lo mismo sucede con respecto a las frecuencias de las purgas.

La descarga de los tubos de purga estará dispuesta en tal forma que nopresente peligro de accidentes para el personal y sólo podrá vaciarse alalcantarillado a través de un estanque intermedio de retención o de purgas.

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ACCESORIOS DE LIMPIEZA5.

5.1. PUERTAS DE INSPECCION

5.2. LLAVES DE PURGA


Así como la inscrustación se deposita sobre la superficie de la calderabañada con agua, el hollín se acumula sobre la cara expuesta a los gasesde la combustión. Como el hollín tiene alto poder aislante del calor, sehace necesario evitar que se adhiera a las paredes de la caldera, lo quese consigue limpiándolas con lanzas de vapor movidas a manos, consopladores de hollín con chorro de vapor o con buen cepillo de acero. Lossopladores de hollín están instalados permanentemente en la caldera ydistribuidos de tal manera que todas las partes expuestas a la acumulaciónde hollín puedan limpiarse con chorros de vapor. Los mecanismos desopladores pueden girar para dirigir el vapor. Como medio automático desoplado de hollín se emplea el aire comprimido.

En algunas instalaciones, las altas temperaturas de determinadas zonasde los conductos de humo exigen que se retiren los sopladores de hollín,cuando no se utilizan, para evitar su fusión.

Los limpiatubos mecánicos pueden ser de tipo “vibratorio”, que desprendenla incrustación por medio de golpes rápidos y que son aplicables a lascalderas acuotubulares y a las igneotubulares o de tipo “fresa rotatoria”.Arrancan la incrustación por medio de una herramienta cortante. Este tipode limpiatubos sólo se emplea en calderas de tubos de agua.

Los atizadores, rastrillos, escareadores, barrotes y escobillas limpiatuboscompletan los accesorios de limpieza.

Estos accesorios se estudiarán en el tema “Combustión”

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5.3. SOPLADORES DE HOLLIN

ACCESORIOS DE ALIMENTACIONDE COMBUSTIBLE

6.


En algunas instalaciones de calderas para aprovechar el exceso de calorque llevan los humos y gases antes de salir por la chimenea, se les dotade economizadores. En estos se precalienta el agua de alimentación.

Están formados por un haz de tubos por el interior del cual circula aguay por el exterior los gases de la combustión antes de salir por la chimenea.

Las principales ventajas que se obtienen con el uso de economizadores son:

- Se amortiguan las grandes variaciones de temperatura en las planchasy tubos de la caldera, con lo que se consigue más estabilidad de lapresión.

- Se aprovecha el calor, que de otro modo se perdería al ser llevadodirectamente a la chimenea.

- Se purifica en parte el agua de alimentación, ya que al calentarse enel economizador parte de las impurezas quedan en él.

- El rendimiento general del sistema de combustión aumenta alaprovechar mejor el calor.

- Economía de combustible.

Son accesorios que tienen por objeto calentar el aire que se envía al hogarpara la combustión, aprovechando parte del calor que contienen los gasescalientes antes de salir por la chimenea.

Las ventajas que pueden mencionarse utilizando aire precalentado son:

- Conservación de calor por cuanto al llegar aire caliente no sedesperdicia energía en calentarlo en el hogar.

- Se mejora considerablemente la combustión.- Aumenta el rendimiento del s istema de combust ión.- Aumenta el rendimiento del sistema de combustión de la caldera.

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7.1. ECONOMIZADORES

ACCESORIOS DE AUMENTODE EFICIENCIA

7.

7.2. CALENTADORES DE AIRE (PRECALENTADORES)


Consisten en una plancha lisa, del mismo ancho que el diámetro interiordel tubo y torcida en forma de hélice, la que se mete en el tubo. Los gasescalientes tienen ahora que recorrer un camino mayor, siendo más lentoel paso de ellos por el interior de los tubos y entregando mayor cantidadde calor.

La eficiencia de la caldera aumenta entre un 2% y 8% con el uso deretardadores.

El vapor saturado se puede convertir en vapor sobrecalentado si loseparamos de la caldera y le suministramos calor manteniéndole supresión.

El vapor sobrecalentado no tiene humedad y su uso en turbinas y ciertostipos de máquinas trae muchos beneficios. El sobrecalentador se instalade tal manera que aprovecha los gases calientes de la combustión. Constade un haz de tubos por cuyo interior circula el vapor mientras que losgases calientes pasan por el exterior.

Los hay de dos tipos:- Integral- De fuegos separados

En muchos procesos se requiere vapor saturado. Si la planta está entregandovapor sobrecalentado es necesario transformarlo, para lo cual se usan lossaturadores. Estos consisten en un tubo en forma de serpentín sumergidoen la cámara de agua de la caldera. Entregan así el calor al agua y dejanel vapor a la temperatura de saturación.

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7.3. RETARDADORES

ACCESORIOS DE CONTROL DEL GRADODE CALENTAMIENTO DEL VAPOR

8.

8.1. SOBRECALENTADORES

8.2. DESOBRECALENTADORES O SATURADORES


Hasta hace pocos años, sólo en las grandes calderas se justificaba lainstalación de sistemas de control automáticos. Actualmente los elevadosprecios de los combustibles hacen necesario incrementar la eficiencia delas calderas de todas las capacidades, con el objeto de minimizar suscostos de operación y contribuir a la labor del operador.

“En ningún caso los accesorios de control automáticos reemplazan aloperador de caldera. Tampoco pueden considerarse como accesorios deseguridad, ya que no lo son”.

Estos controles automáticos deben ser revisados periódicamente porpersonal especializado, para obtener de ellos un correcto funcionamiento.Debe recordarse que su operación es sensible y complicada, susceptiblede fallas imprevistas.

En general, estos elementos funcionan a base de la dilatación de un metalo aleación de metales, por efecto del calor o la presión a base de la luz oal nivel del agua. En general, hace que se conecte o desconecte un circuitoeléctrico, controlando automáticamente (sin la intervención del operador dela caldera) ya sea la presión, la temperatura o cualquier otra variable.

Algunos de los controles automáticos más comúnmente usados por losequipos generadores de vapor son:

- Control de presión o presostatos.- Control de temperatura o termostatos.- Control de aire.- Control de la llama.- Control de encendido (chispa o piloto).

Son accesorios que funcionan sobre la base de la máxima y mínimapresión de trabajo del vapor de la caldera. Enciende, detiene y regula elsistema de combustión (suministro de aire y combustible), manteniendola “presión” del vapor en los límites establecidos. Se conocen dos tiposbásicos de control.

- INTERMITENTESMantienen la presión del vapor (en la caldera) en un estrecho límite,abriendo o cerrando el circuito del quemador. Se usan en calderas debajas o medias capacidades (menores a 10.000 Kg. vapor/Hr.).

29

ACCESORIOS DE CONTROLAUTOMATICO

9.

9.1. CONTROL DE PRESION O PRESOSTATOS


- CONTINUOSMiden la presión del vapor y actúan sobre la válvula de entrada de aire.En calderas de gran capacidad (mayores a 25.000 Kg. vapor/Hr.) seintroducen también analizadores de gases y detectores de la presión delhogar que optimizan la regulación.

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ESCALADIFERENCIAL

INTERRUPTORDE MERCURIO

NIVELADORESCALAPRINCIPAL

CONTROLADOR DE PRESION

BOILERBOILER

MANOMETRO

CONTROLADOR

TEE

CORRECTO INCORRECTO

INSTALACION DE CONTROLADOR

Figura 13

Figura 14


Son accesorios que funcionan de acuerdo a la temperatura del agua,vapor o gases de la combustión. Se utiliza sólo en calderas que producenvapor sobrecalentado. Consiste en mantener la temperatura del vapor enun valor o rango establecido previamente.

La regulación de la temperatura se puede realizar de las siguientes formas:

a) CON SOBRECALENTADOR SEPARADO DE LA CALDERASe actúa sobre el quemador del sobrecalentador. Es de tipointermitente. Se usa conectado a calderas pirotubulares.

b) MODIFICACION DE LAS CONDICIONES DE COMBUSTIONSe actúa sobre el exceso de aire y la dirección de la llama en elhogar.

c) RECIRCULACION Y DESVIACION DE LOS GASES DE LA COMBUSTIONEl flujo de gases o parte de él no se hace circular a través de lostubos del sobrecalentador. La desviación se realiza con templadores.

d) SOPLADORES DE HOLLINConsiste en limpiar los tubos en las zonas donde se desea transmitirmás calor.

e) D E S O B R E C A L E N TA D O R E S O AT E M P E R A D O R E SConsiste en regular la temperatura del vapor mediante la inyecciónde agua a menor temperatura.

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9.2. CONTROL DE TEMPERATURA O TERMOSTATOS

Figura 15


SISTEMA DE FLOTADOR(CONTROL INTERMITENTE) INSTALACION

El principal objetivo de este sistema es “mantener el nivel del agua” en eldomo (calderas acuotubulares) o en la caldera misma (pirotubulares), enun valor constante bajo todas las condiciones de consumo de vapor.

IMPORTANCIA DEL NIVEL:- Si disminuye: afecta la circulación del agua, reduce la efectividad

del tratamiento químico y puede desproteger los tubos en una calderapirotubular.

- Si aumenta: se reduce el área superficial y el volumen de la cámara devapor y puede entrar agua al sistema de distribución de vapor por arrastre.

FUNCIONES ESPECIFICAS DEL CONTROL DE NIVEL- Mantener la interfase vapor-agua al nivel especificado.- Proporcionar el agua de alimentación en las cantidades requeridas.

TIPOS DE SISTEMA DE CONTROL DE NIVELDependiendo de la capacidad de la caldera y de las variaciones en elconsumo de vapor, se utilizan los siguientes sistemas:

a) De un elemento: mide el nivel del aguab) De dos elementos: mide el nivel de agua y flujo de vapor.c) De tres elementos: mide el nivel de agua, flujo de vapor y el flujo

de agua de alimentación.

a) CONTROL DE NIVEL DE UN ELEMENTOMide el nivel y lo mantiene constante, regulando el flujo de agua dealimentación. Es efectivo sólo en calderas de capacidad menores a 34.500Kg. vapor /Hr. con cambios pequeños o modernos en el consumo de vapor.

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9.3. CONTROL DE NIVEL DE AGUA

Figura 16


CONTROLADOR

VALVULA

BOMBA

DETECTORDE NIVEL

VAPOR

CONTROL DE NIVEL DE UN ELEMENTO

Existen dos tipos de sistemas:

INTERMITENTES: detectan las variaciones de nivel y actúan haciendofuncionar o deteniendo la bomba de alimentación. Se usan en calderasde vapor y agua caliente.

CONTINUOS: Detectan las variaciones de nivel y actúan abriendo ocerrando parcialmente la válvula de agua de alimentación.

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Figura 17


CONTROLADOR

DE LA LINEADE AIRE

MIRILLA

DE LA BOMBADE ALIMENTACIONDE AGUA

INTERRUPTORDE PRESION

VALVULADE CONTROL

DOMODE LACALDERA

ALARMA DE ALTONIVEL DEL AGUA

ALARMA DE BAJONIVEL DEL AGUA

SENSOR DE FLOTADORSEÑAL NEUMATICA

b) CONTROL DE NIVEL DE DOS ELEMENTOSMide el nivel de agua y flujo de vapor y actúa sobre el flujo de agua dealimentación. Es adecuado para cambios moderados en el consumo devapor (en magnitud y velocidad). Se usan para cualquier capacidad decalderas, preferentemente entre 34.500 y 90.700 Kg Vapor/Hr.

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Figura 18

Figura 19


VALVULA DE CONTROLY POSICIONADOR

ESTACION DE CONTROLAUTOMATICA / MANUAL

ENSAMBLE DELTERMOSTATO

DOMO DELA CALDERA

TERMOSTATOCOLECTOR DE VAPOR

NIVEL DE AGUA

AGUA DEALIMENTACION

VALVULAREGULADORA

PUNTOSDE APOYO VALVULA DE

EXTRACCIONDE FONDO

TUBO TERMOSTATICO SEÑAL MECANICA

TUBO TERMOSTATICO SEÑAL ELECTRICA

c) CONTROL DE NIVEL DE TRES ELEMENTOSMide el nivel de agua, el flujo de vapor y el flujo de agua de alimentación,proporcionando un ajustado control durante condiciones altamente variables.

Se utiliza en calderas de capacidades superiores a 90.700 Kg. Vapor/hr.

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CONTROLADOR

VALVULA

BOMBA

DETECTORDE NIVEL

DETECTOR

VAPOR

CONTROLADOR

VALVULA

BOMBA

DETECTOR DE NIVEL

DETECTOR

DETECTOR

VAPOR

CONTROL DE NIVEL DE TRES ELEMENTOS

Figura 20

Figura 21


CONTROL DE NIVEL DE DOS ELEMENTOS

Este control consiste en un switch de mercurio que actúa por medio dela presión de aire y que está conectado en el cabezal del quemador,previniendo la operación de éste sin el aire auxiliar.

Mediante una celda fotoeléctrica se controla la llama (su largo), impidiendola alimentación de combustible en caso que ésta se haya extinguido en hogar.

Por medio de este control se impide que salga combustible sin que existala chispa para encenderlo.

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9.4. CONTROL DE AIRE

9.5. CONTROL DE LA LLAMA

9.6. CONTROL DEL ENCENDIDO (CHISPA)


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Figura 22


OUTLET INLET

DISC(VALVE)

ENTRADA

FLOTADOR

SALIDA

ELEMENTOTERMOSTATO

ENTRADA

VALVULA

SALIDA

PURGADOR

ENTRADA

SALIDA

VALVULA

ELEMENTOTERMOSTATO

ENTRADA

SALIDA

VALVULA

ELEMENTOTERMOSTATO

VALDE INVERTIDO FLOTADOR YTERMOSTATICA (F&T)

DISCO

FUELLESTERMOSTATICOS

BIMETALICA

TRAMPAS DE VAPOR

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Notas


accesorios de calderas.pdf

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