¿Qué son las tuberías de calderas?
En todas las calderas, el calor se transfiere desde el interior de las tuberías hacia el exterior (calderas de tubos de fuego), o desde el exterior de las tuberías hacia el interior (calderas de tubos de agua). El número de tuberías dentro de una caldera varía de cientos a miles en una sola caldera, dependiendo del tamaño y diseño de la caldera. El propósito principal de las tuberías de calderas es transferir el calor producido por la combustión del combustible en agua o vapor.
Tuberías de Calderas de Tubos de Fuego y de Agua
Es importante saber – ‘tubos de agua’ también se escribe ‘tubos-de-agua’, o ‘tubos de agua’, pero las diferentes variaciones significan lo mismo.
Es importante saber – ‘tubos de fuego’ también se escribe ‘tubos-de-fuego’, o ‘tubos de fuego’, pero las diferentes variaciones significan lo mismo.
Nota - para ayudar a la comprensión y familiarización, este artículo utiliza una mezcla de ortografías para las calderas de tubos de fuego y de agua.
Tipos de Tuberías de Calderas
Una caldera puede tener múltiples tipos de tuberías para satisfacer diversos requisitos de calefacción. El tipo de tubería utilizada depende del diseño de la caldera y la posición de la tubería dentro de la caldera.
- Tubos economizadores – para precalentar el agua de alimentación.
- Tubos de sobrecalentador – para sobrecalentar el vapor más allá de su punto de saturación.
- Tubos evaporadores – para la conversión de agua a vapor (donde ocurre la evaporación).
- Tubos de soporte – para transferencia de calor y para añadir resistencia estructural a la caldera.
- Tubos aletados – para aumentar la superficie de transferencia de calor.
Es importante saber – el término ‘sobrecalentamiento’ es el proceso de transferir calor sensible al vapor saturado para aumentar su temperatura y así la cantidad de energía que contiene el vapor.
Es importante saber – los tubos de soporte están diseñados especialmente no solo para transferir calor sino también para fortalecer la estructura interna de la caldera. Los tubos de soporte son más gruesos que los tubos normales, proporcionando soporte estructural adicional a la caldera.
Designaciones de Tuberías de Calderas de Tubos de Agua
Diseño de Tuberías de Calderas
Las tuberías de calderas están diseñadas para cumplir con rigurosos estándares de seguridad y eficiencia, lo que requiere requisitos específicos de diseño y material. A diferencia de las tuberías ordinarias, las tuberías de calderas a menudo tienen paredes más gruesas y carecen de costuras longitudinales, mejorando su resistencia e integridad bajo condiciones de alta presión y alta temperatura. Las tuberías de calderas generalmente se fabrican sin costuras para evitar puntos débiles que podrían dar lugar a fallos bajo estrés. Las tuberías de calderas se fabrican en estricto cumplimiento con estándares internacionales específicos. Por ejemplo, ASTM A192 proporciona especificaciones estándar para tubos de acero al carbono de alta presión.
Diseños de Calderas de Tubos de Agua y de Fuego
Disposición de Tuberías de Calderas
La disposición de las tuberías dentro de una caldera se elige en función de varios factores, incluyendo la tasa de transferencia de calor, la caída de presión, la complejidad de fabricación y la eficiencia deseada.
Disposición de Tuberías de Calderas de Tubos de Agua
A continuación se enumeran algunas disposiciones comunes de tuberías de calderas:
- Disposición de Tubos Escalonados – esta configuración coloca las tuberías en un patrón escalonado, mejorando la tasa de transferencia de calor debido al aumento de la turbulencia en el flujo del fluido.
- Disposición en Línea o en Cuadrícula – las tuberías se disponen en un patrón de cuadrícula regular. Aunque ofrece facilidad de fabricación y limpieza, puede resultar en una menor eficiencia de transferencia de calor en comparación con las disposiciones escalonadas.
- Disposición Cuadrada Rotada – las tuberías se colocan en un patrón cuadrado pero rotadas en un ángulo. Esta disposición puede mejorar la transferencia de calor al interrumpir el flujo del fluido más efectivamente que un diseño de cuadrícula estándar.
- Disposición de Paso Triangular – las tuberías se disponen en un patrón triangular, lo que maximiza el número de tuberías en un área dada, llevando a tasas de transferencia de calor más altas.
Ejemplos de Paso de Tuberías
Tuberías de Calderas y Tuberías Comunes Comparadas
Las tuberías de calderas difieren significativamente de las tuberías estándar en varios aspectos:
- Grosor de Pared – las tuberías de calderas típicamente tienen paredes más gruesas para soportar las grandes presiones internas a las que estarán sometidas (las calderas de centrales eléctricas típicamente operan a presiones superiores a 160 bar (2,400 psi) y temperaturas superiores a 540⁰C (1,000⁰F).
- Medición – a diferencia de las tuberías, que se miden por su diámetro interno, las tuberías de calderas se miden por su diámetro externo.
Tubería con Soldadura Longitudinal
Causas de Fallo de Tuberías de Calderas
Las fallas en las tuberías de calderas son una de las principales causas de paradas de calderas, con varias razones subyacentes:
- Sobrecalentamiento – la causa más común de fallo de tuberías. Puede ocurrir debido a acumulación de incrustaciones dentro de las tuberías, actuando como una capa aislante, o debido a flujo inadecuado de agua o vapor (enfriamiento inadecuado), o por errores operativos como sobrecalentamiento, donde el exceso de combustible eleva la temperatura de la caldera más allá de los límites seguros.
Incrustaciones Dentro de una Tubería de Caldera
Es importante saber – las incrustaciones dentro de las tuberías de calderas de tubos de agua causan que el fluido de proceso (agua o vapor) fluya a una velocidad aumentada, mientras que también reduce la tasa de transferencia de calor de la tubería. Una reducción en la tasa de transferencia de calor causa una reducción en la eficiencia y una mayor probabilidad de sobrecalentamiento localizado (las tuberías de calderas de tubos de agua y de fuego son enfriadas por el fluido de proceso).
- Corrosión – puede degradar el metal de la tubería tanto interna como externamente, desencadenada por factores como tratamiento deficiente del agua o exposición ambiental a químicos y gases.
- Erosión – desgasta el material de la tubería por la exposición continua a fluidos en movimiento o materia particulada, especialmente en calderas de carbón de alto contenido de cenizas.
- Estrés Mecánico – causado por presión, expansión térmica y vibración, lo que puede llevar a fatiga y eventual fallo de las tuberías de calderas.
- Defectos de Material – fallos de fabricación o inconsistencias de material pueden llevar a fallos prematuros de las tuberías de calderas bajo tensiones operativas normales.
Reparación y Mantenimiento de Tuberías
El proceso de reparación de tuberías de calderas generalmente implica soldadura (una técnica utilizada para fusionar metal mediante calor intenso). Dada la complejidad y alta habilidad requerida, la soldadura generalmente es realizada por soldadores certificados.
Varios Tipos de Soldadura
Tipos de Reparación de Tuberías de Calderas
Las cuatro formas más comunes de reparar tuberías de calderas son:
- Revestimiento – esto implica aplicar una capa de material de soldadura para engrosar y fortalecer áreas debilitadas.
- Cierre de Ruptura – en casos de rupturas de tuberías, el área dañada a menudo se suelda después de realinear los bordes.
- Reparación de Ventana – una sección severamente dañada de la tubería puede ser cortada y reemplazada con una nueva pieza, asegurando continuidad e integridad.
- Tapado – realizado en casos donde el daño es imposible de reparar por otros medios. Con este método, se insertan tapones de material adecuado en ambos extremos de la tubería dañada, aislándola hidráulicamente.
IMPORTANTE: No se recomienda operar una caldera con más del 10% de sus tuberías tapadas.
Mantenimiento Preventivo de Tuberías de Calderas
Adherirse al plan de mantenimiento preventivo recomendado por el fabricante de la caldera es importante para mantener la caldera y sus partes internas en condiciones óptimas. Los planes de mantenimiento preventivo generalmente incluyen lo siguiente:
- Control de la química del agua y vapor (¡muy importante!)
- Inspecciones visuales externas a intervalos programados, por ejemplo, cada 4 horas o diariamente, etc.
- Inspecciones visuales internas a intervalos programados, por ejemplo, cada 6 meses.
- Inspecciones de tuberías de calderas y actualización de mapas de tuberías de calderas (estos enumeran la condición de cada tubería dentro de la caldera).
- Muestreo de combustible.
- Muestreo de gases de escape de chimenea.
- Inspecciones de termografía.
- Inspecciones de refractarios.
¡Tenga en cuenta que estas son solo algunas de las tareas requeridas para mantener una caldera industrial funcionando correctamente!