Calderas

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FACULTAD DE INGENIERIA MATERIA: INGENIERÏA DE PLANTA 
CARRERA: ING. INDUSTRIAL PLAN 1.999 
 
GENERACION DE VAPOR 
 
 Entendemos por Generación de vapor, al proceso industrial de obtener agua en 
estado vapor, a distintas presiones y/o temperaturas, partiendo de agua en estado 
líquido. Para lograr este objetivo es necesario realizar diversas acciones 
complementarias en equipos adicionales. 
 
 Estas acciones son: 
 
 Tratamiento de agua 
 Alimentación de agua al vaporizador 
 Vaporización 
 Recuperación de Calor 
 Distribución del Vapor 
 Control y Automatización 
 
 El tratamiento de agua es necesario realizar en forma muy estricta, dado que la 
misma sufre una etapa de vaporización, en las que las impurezas pueden provocar 
serios daños como incrustación y/o corrosión a los ductos internos de la caldera. 
 
 La alimentación del agua al vaporizador es realizada por bombas, generalmente 
del tipo centrífugas de alta presión, y su cálculo, diseño o selección se estudió 
previamente. Generalmente las bombas de alimentación vienen incorporadas al 
generador de vapor por las firmas fabricantes. 
 
 Las etapas de recuperación de calor son realizadas a través de una serie de 
equipos o intercambiadores de calor, cuya función es aportar una superficie de contacto 
indirecta, que recupere parte del calor generado y que transportan los gases de 
combustión. 
 
La etapa de distribución del vapor será analizada posteriormente como tema 
aparte de la generación de vapor propiamente dicha. 
 
 La etapa de control y automatización de un generador de vapor es muy 
importante, pero su contenido cae fuera de los objetivos de este curso. 
 
 Vemos entonces que en la etapa de vaporización es donde se produce el cambio 
de estado de agregación del agua, pasando desde el estado líquido a estado de vapor, 
y conforme a lo recién expresado esto es realizado en las calderas. 
 
CALDERAS 
 
 Se entiende entonces por caldera al recipiente metálico, cerrado destinado a 
producir vapor o a calentar agua, mediante la acción del calor a una temperatura mayor 
que la del ambiente y una presión mayor que la atmosférica. 
 
Los componentes básicos de una caldera son: el hogar, la caldera propiamente 
dicha y los conductos de humos, tomando cada uno de ellos distintas formas y 
modalidades, según sea el combustible utilizado, la presión de trabajo, la aplicación 
específica ya que sus diseños van siendo continuamente mejorados o modificados. 
 
 El hogar es el espacio físico donde tiene lugar la combustión, y comprende a los 
quemadores o parrilla, la cámara de combustión, el cenicero y el altar. 
 
ENZO CORTE
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 La caldera propiamente dicha está compuesta de un cuerpo cilíndrico de chapa de 
acero herméticamente cerrado y expuesto directamente a la acción de la llama de 
combustión y los gases calientes residuales de la misma. Dicho cilindro contiene en su 
interior un determinado volumen de agua, llamado cámara de agua, que recibe a través 
de la chapa el calor cedido por la llama en forma de radiación, y el de los gases de 
combustión por convección y conducción. 
 
 El agua que ocupa la cámara de agua, absorbe este calor generando vapor, el 
que por diferencia de densidad, sube a la parte superior de la cámara, formándose una 
superficie de separación agua-vapor o interfase de equilibrio al que se lo denomina nivel 
de agua de la caldera. Este debe ser controlado de forma tal que nunca disminuya de un 
punto dado, de ser así dejaría expuestas partes internas de la caldera en los que se 
produciría el recalentamiento con serias consecuencias. 
 
 El vapor almacenado en la parte superior es tomado a través de un domo 
generalmente, el cual es una curvatura del recipiente cilíndrico que permite realizar la 
toma o salida de vapor lo mas alejado posible del nivel de agua, de forma de disminuir al 
máximo posible el arrastre de partículas líquidas que proyecta la ebullición. 
 
 Es decir que se busca producir vapor de agua seco, o con título próximo a la 
unidad. 
 
 Los conductos de humos son cañerías por donde pasan los gases residuales de 
la combustión en su camino hacia la base de la chimenea, que es por donde salen a la 
atmósfera, destino final de los subproductos de toda combustión. 
 
 Caldera cilíndrica: si bien este tipo ha perdido en la actualidad aplicación práctica, 
En la Figura 1 vemos esta caldera, es importante porque ella fue históricamente el 
primer tipo de calderas producido comercialmente en línea y logró en su época un amplio 
Figura 1 Caldera cilíndrica 
 
espectro de aplicaciones y un lugar importante en la historia y desarrollo de la industria 
moderna. 
 
 En la Figura 2 se muestra una caldera moderna simplificada: 
 
 
 
 
 
ENZO CORTE
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Figura 2 Caldera moderna simplificada 
 
En la actualidad casi obligatoriamente, las grandes unidades generadoras de 
vapor, contienen etapas adicionales a las descriptas como el precalentamiento del aire 
de combustión y del agua de alimentación, sobrecalentadores y recalentadores del vapor 
formado, etc.; el objetivo es la mejora de la eficiencia energética global de cualquier 
instalación. La Figura 3 muestra estos equipos adicionales en una caldera acuotubular 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3 Etapas adicionales en una caldera acuotubular. 
 
Una caldera se caracteriza a través de una serie de parámetros operativos, 
veremos los más importantes a continuación. 
 
 La capacidad de producción de calor de una caldera o cantidad de vapor o agua 
caliente entregada por hora depende de varios factores tales como: grado de combustión 
del Combustible, la extensión de la superficie total de calefacción, de la circulación del 
vapor o agua y de los gases de combustión. Esta capacidad debe referirse a una dada 
condición de presión y temperatura del vapor como asimismo debe indicarse la 
temperatura de suministro del agua de alimentación. Esto permitirá poder comparar 
distintas calderas entre sí. 
ENZO CORTE
Resaltar
ENZO CORTE
Resaltar
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 La potencia de una caldera se mide en Boiler Horse Power (BHP), que es una 
unidad arbitraria definida por ASME, que considera la cantidad de calor necesaria para 
vaporizar 34,5 lb/hr a 212ºF: 
 
1HP Caldera (BHP)= 8435 Kcal/hr = 33472 BTU/hr 
 
Por lo tanto para calcular la potencia de una caldera en HP, bastará conocer su 
capacidad de producción de vapor a una dada P y T. 
 
Supongamos un caudal másico de vapor Wv en Kg/hr a una presión P1 y 
Temperatura T1, de las tablas de vapor o diagramas de vapor, podemos obtener la 
Entalpía del vapor producido y si tenemos en cuenta la entalpía del agua de alimentación 
entonces tendremos H1 = (H1-Haalim) en Kcal/Kg. En la Figura 4 vemos en el diagrama 
T-S para el agua las entalpias del vapor y del agua de alimentación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 Entalpias del vapor y del agua de alimentación en el Diagrama T-S. 
 
 H1(Kcal/Kg) . Wv(Kg/hr) 
BHP Caldera = -------------------------------------- 
 8435 Kcal/hrHP 
 
Por ejemplo: para una caldera que produce 149.688.000,00 Kcal/hr, resulta 
entonces: 
 
HP caldera = 149.688.000 / 8.435 = 17.746 HP 
 
Esta forma de expresar la capacidad de una caldera no es del todo 
convencional, ya que no necesariamenteel vapor producido será utilizado para producir 
trabajo o potencia, pero dado que inicialmente eran empleadas casi exclusivamente con 
ese propósito, ha quedado en la práctica muy arraigado el uso del BHp de caldera como 
medida de su capacidad. 
 
Un parámetro operativo de mayor interés es el rendimiento de la caldera, el cual 
da la cantidad de energía producida como una fracción de la consumida, así para Wc 
Kg/hr de combustible de poder calorífico Pci, resulta: 
 
 Wv . H 
 Rc = ------------- x 100 
 Wc . Pci 
 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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 Otro parámetro importante es la Superficie de Calefacción (Sc), esta es la 
superficie expuesta por un lado al gas y a los materiales refractarios (si están presentes 
en el hogar) y expuesta por el otro lado al líquido que se calienta, medida del lado que 
recibe calor, es decir del lado del fuego. Esta superficie como ya dijimos, está formada 
por una parte directa y por otra indirecta: 
 
Sc = Scd + Sci 
 
 La superficie de calefacción directa recibe el calor a una temperatura mayor 
(temperatura de llama) que la indirecta (temperatura de los gases), de forma que la 
superficie directa es mas eficiente en la transferencia de calor, por lo que debe ser 
maximizada respecto a la indirecta. Además los gases se van enfriando a medida que 
entregan calor y la temperatura del fluido a calentar permanece constante. A medida que 
la temperatura de los gases va disminuyendo gradualmente, cada vez es más deficiente 
la transferencia de calor. 
 
 Otro parámetro característico común de las calderas es la producción específica, 
o capacidad por unidad de área: 
 
Pe = Wv (Kg/h) / Sc (m2) = Wv/Sc (Kg/hm2) 
 
Este parámetro para las calderas modernas toma valores de hasta 40-80 Kg/hm2 
mientras que para las calderas cilíndricas primitivas apenas alcanzaba valores unitarios. 
 
 Una regla muy práctica para comparar la capacidad de producción de calderas 
que operan en diferentes condiciones, es utilizar el vapor equivalente en condiciones 
normales, que producirían con la energía contenida en 1 Kg de vapor en las condiciones 
de operación de esa caldera. El calor para producir vapor normal, es el necesario para 
vaporizar 1 Kg de agua a una atmósfera a 100 ºC, partiendo de agua líquida a 0 ºC. El 
vapor normal es Hn = 640 Kcal/Kg. 
 
 Entonces, para una caldera que produce Wv Kg/hr de vapor a P1 y T1, obteniendo 
de las tablas o diagramas de vapor la entalpía H1 y teniendo en cuenta la entalpía del 
agua de alimentación se tendrá: 
 
H1 = H1-Haalim 
 
Vapor equivalente en condiciones normales = Wn 
 
Wn = H1 . Wv / Hn = H1 . Wv / 640 = (H1 / 640) . Wv 
 
O bien: 
Wn = f . Wv 
 
Dónde: 
f = factor de vaporización = H1 / 640 
 
 Otro punto de interés en una caldera es su convertibilidad o adaptabilidad a 
diferentes combustibles, lo que puede ser muy útil en el caso de cambios de 
combustibles por falta de suministro o accidentes, etc. Normalmente los fabricantes 
entregan la caldera como un paquete, en donde se incorporan a la caldera propiamente 
dicha, los recuperadores de energía y el dispositivo de combustión, en esos casos la 
eficiencia de operación para las condiciones de diseño son las óptimas. 
 
 Si por alguna razón la caldera es del tipo convertible, es decir utilizable para dos o 
más combustibles diferentes, entonces las condiciones de operación o parámetros 
característicos serán necesariamente inferiores a los de las calderas no convertibles. 
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Esto se debe a que el productor de calor (quemador) y el aprovechador de calor 
(caldera) operan complementariamente y por ende su acoplamiento será óptimo cuando 
las características de operación estén perfectamente predeterminadas y no cambien en 
ningún momento. 
 
CLASIFICACION DE CALDERAS. 
 
Las calderas pueden ser clasificadas basándose en distintos puntos de vista 
independientes entre sí, aquí solo vamos a mencionar las calderas que más se utilizan 
en el medio industrial. 
 
Según el contenido de los tubos podemos clasificarlas en humotubulares y 
acuotubulares, conforme circule por el interior de los mismos los gases de combustión o 
el agua-vapor. 
 
Calderas Humotubulares o Pirotubulares 
 
Calderas Acuotubulares 
 
 Según el uso podemos clasificarlas en calderas móviles o de locomoción y fijas y 
dentro de cada una de ellas subclasificarlas según se trate del empleo que se le dé al 
equipo, así por ejemplo podemos mencionar algunas como: 
 
 
 Locomotoras 
 Móviles Buques 
 Portátiles 
 Uso 
 Industriales 
 Fijas Domiciliarias 
 Comerciales 
 
 Según su presión de trabajo las clasificamos en: 
 
 Baja presión < 20 atm 
 Subcríticas Media presión 20 a 64 atm 
 Presión Alta presión 64 a 225 atm 
 
 Supercríticas > 225 atm 
 
 
DESCRIPCION COMPARATIVA DE CALDERAS 
 
 Con objeto de describir los tipos de calderas que más se utilizan, sus 
características más importantes, las ventajas y desventajas que presentan, vamos a 
utilizar una clasificación particular. Según el siguiente cuadro: 
 
Calderas Humotubulares de hogar interior. 
Calderas acuotubulares de circulación natural. 
Calderas acuotubulares de circulación forzada. 
Calderas acuotubulares de paso forzado. 
 
Calderas humotubulares. 
 
 En estas calderas los humos de combustión son obligados a circular por un 
número relativamente elevado de tubos, de diámetro relativamente pequeño, los cuales 
se hallan dispuestos en forma de haz, sumergidos en el agua y distribuidos 
ENZO CORTE
Resaltar
ENZO CORTE
Resaltar
ENZO CORTE
Resaltar
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uniformemente en el tanque cilíndrico principal. Pueden ser horizontales o verticales y 
mayormente de hogar interior que exterior. En la Figura 5, la Figura 6 y la Figura 7 
vemos la circulación de los gases calientes por los tubos de una caldera horizontal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5 Circulación de los gases calientes por los tubos de la caldera. 
 
Figura 6 Circulación de los gases calientes por los tubos de una caldera humotubular simplificada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 Circulación de los gases calientes por los tubos de la caldera. 
 
En las calderas humotubulares de retroceso de llama, el sentido de circulación 
de los gases de combustión cambia de dirección. Estos gases ingresan al tubo por el 
centro y al chocar con el fondo que es cerrado, los gases tienen que retornar y lo hacen 
por la periferia del mismo. Este retorno provoca turbulencia en la masa gaseosa, 
asegurando la combustión completa antes de que los gases ingresen al haz de tubos, 
mejorando la eficiencia de la combustión. La Figura 8 muestra la circulación de los 
gases calientes en el interior de este tipo de calderas. 
 
 
 
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ENZO CORTE
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Figura 8 Circulación de los gases calientes en calderas de retroceso de llama. 
 
En las calderas humotubulares de llama pasante, los gases de combustión 
circulan en un el tubo central y lo atraviesan circulando luego en el haz o haces de tubos 
en sentido contrario, para salir luego a la atmosferapor la chimenea. 
 
Presentan una superficie de calefacción por unidad de volumen de agua muy 
superior a la de las calderas cilíndricas, ello implica una mejor distribución del calor en la 
masa de agua y un mejor rendimiento de la caldera, con una producción de vapor más 
uniforme. La Figura 9 muestra un corte transversal de una caldera humotubular de 
llama pasante de tres pasos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9 Corte transversal de una caldera humotubular de tres pasos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10 Corte longitudinal de una caldera humotubular de tres pasos. 
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Resaltar
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Las capacidades de estas calderas son limitadas, hasta 250 HP y las presiones 
mayormente no superan los 12 Kg/cm2. Si el diámetro interior aumenta y se aumenta la 
presión, aumenta el espesor de la chapa de acero, por lo que aumenta el peso del 
equipo. 
En la práctica el diámetro límite es de 2,5 m y el espesor de la chapa de 3/4", 
mientras que el diámetro de los tubos varía entre 10 y 50 mm. Cuando las juntas de 
caños son soldadas no roblonadas, pueden ser empleadas hasta 17 Kg/cm2. 
 
Las calderas de tres pasos presentan un mayor rendimiento debido a que los 
gases de combustión van perdiendo calor a medida que más se acercan a la chimenea. 
En la Figura 11 se puede apreciar como la temperatura va descendiendo a medida que 
los gases se acercan a la salida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11 Variación de la temperatura en el interior de la caldera. 
 
Cuando el hogar es interior, se las conoce como escocesas, no requieren de 
mampostería y no requieren de fundaciones ni apoyos especiales, son fácilmente 
transportables, son preferidas cuando el espacio disponible es limitado. Las Figuras 12 y 
13 muestran este tipo de calderas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figuras 12 Caldera escocesa. 
 
 Funcionan muy bien con aguas relativamente cargadas de sólidos, éstos se 
acumulan en la parte inferior de la unidad y pueden ser descargados en las purgas de 
fondo como lodos. 
 
 
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Figuras 13 Interior de una Caldera escocesa. 
 
Las calderas escocesas estacionarias pueden ser de fondo seco o húmedo, en 
las primeras la cámara de humos posterior está agregada al cuerpo cilíndrico y es 
revestida de ladrillos refractarios, dado que no está sometida a la presión del agua es de 
construcción sencilla. Por el contrario en las de fondo húmedo, la cámara de humos se 
halla incorporada dentro del cuerpo cilíndrico y por ende rodeada por el agua. La Figura 
14 muestra estos dos tipos de calderas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 14 Calderas con fondo seco y fondo húmedo. 
 
 
La presión de trabajo también está limitada a 17 Kg/cm2 y su capacidad puede 
variar desde 450 hasta 35 Tn/h de vapor. Según el tamaño de la caldera pueden usarse 
uno o dos hogares (tubos de fuego) de diámetros comprendidos entre 30 y 75 cm. 
 
La Figura 15 muestra las dos situaciones una caldera de tres pasos con un solo 
hogar y con dos hogares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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Figura 15 Calderas de tres pasos con un solo hogar y con dos hogares. 
 
Calderas tipo locomotora 
 
Las calderas tipo locomotora son de cuerpo cilíndrico muy largo respecto a su diámetro 
y con el hogar en forma rectangular, el cual puede o no disponer de una bóveda para 
mejorar la combustión. La Figura 16, muestra el cuerpo interior de una caldera de este 
tipo. La Figura 17 y la Figura 18 muestran también este tipo de calderas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16 Cuerpo interno de una caldera locomotora. 
 
Este tipo de calderas es usado en locomotoras por su peso reducido, por su capacidad 
de soportar vibraciones y por su facilidad de traslado y adaptación a máquinas motrices. 
Su operación requiere de cuidados y experiencia por parte del fogonero, 
Figura 17 Caldera locomotora. 
 
Volumen agua 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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Fundamentalmente por el hecho de que el nivel del agua por encima del cielo del hogar 
es reducido (15 cm). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17 Caldera locomotora. 
 
La superficie de calefacción es variable entre 15 y 300 m2 y la capacidad 
específica de producción de vapor media es de 70 a 80 Kg/hr.m2, al igual que las 
restantes de su tipo, su presión de trabajo se limita a 17 Kg/cm2 y el peso de agua 
empleada es de 5 a 6 Kg/CV. 
 
 Presentan como desventaja una circulación deficiente de agua, no son 
convertibles a otros combustibles y no pueden soportar sobrecargas sin sufrir 
deformaciones en sus partes. 
 
Calderas Verticales. 
 
Son empleadas casi exclusivamente como máquinas de pequeña potencia y 
donde las limitaciones de espacio son importantes, como por ejemplo en los guinches de 
vapor. Se construyen con presiones máximas de operación de 15 Kg/cm2 y pueden ser 
de dos tipos: de tubos sumergidos o no sumergidos. En la Figura 18 se puede apreciar 
este tipo de calderas: 
 
Figura 18 Calderas humo tubulares verticales 
 
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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Las principales ventajas de las calderas Humotubulares son las siguientes: 
 
1) Son de construcción compacta por lo que se adaptan a las instalaciones móviles. 
2) Ausencia completa de obra de mampostería lo que reduce el costo de la instalación y 
reduce el transporte. 
3) El cambio de tubos no ofrece dificultades. 
4) La reserva de tubos en depósito no resulta oneroso por tener una medida uniforme. 
5) Son razonablemente económicas. 
6) Ocupan poco espacio. 
7) Funcionan con aguas con poco tratamiento. 
 
Los principales inconvenientes son: 
 
1) Circulación deficiente de agua. 
2) Muchas de sus partes son difíciles de limpiar acumulándose allí fangos que producen 
corrosiones. 
3) Se adaptan difícilmente al cambio de combustibles. 
4) La presión esta limitada por su construcción (paredes planas). 
5) No pueden soportar sobrecargas elevadas sin que las chapas se recalienten. 
6) Tienen rendimientos térmicos inferiores a las acuotubulares. 
7) Tienen riesgos de explosión. 
 
CALCULO DE LA PURGA DE FONDO 
 
En la Figura 18.1 se muestra el corte transversal de una caldera humotubular con las 
corrientes de agua de alimentación, vapor y purga de fondo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 18.1 Calculo del caudal de purga de fondo 
 
Dónde: 
 
A = caudal de agua de alimentación en kg/h 
Ca = concentración de sales en el agua de alimentación 
V = caudal de vapor en kg/h 
P = caudal de purga en kg/h 
Cp = concentración de sales en la purga 
 
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ENZO CORTE
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El caudal de purga de fondo se calcula de la siguiente forma: 
Sales entrantes en caldera = Sales extraídas en la purga 
Sales entrantes en caldera = A x Ca = P x Cp = Sales extraídas en la purga 
(Sustituyendo A= V+P) 
(V + P) x Ca = P x Cp distribuyendo Ca (V x Ca) + (P x Ca) = P x Cp 
V x Ca= (P x Cp) – (P x Ca) = P x (Cp - Ca) 
 
Debe existir un sistema que ajuste la purga en función del caudal de producción de vapor 
y conductividad del agua de alimentación 
A es además el agua de reposición mas el retorno de condensado 
 
 
Calderas Acuotubulares 
 
La necesidad de aumentar la capacidad de las calderas, para disponer de mayor 
cantidad de energía en forma de vapor de agua, llevó a la construcción de calderas 
donde el agua circula por el interior de los tubos de pequeño diámetro y es calentada 
exteriormentepor acción de la llama y los gases convectivos calientes. La Figura 19 y la 
Figura 20 muestran la circulación del agua por el interior de los tubos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19 Circulación del agua por el interior de los tubos. 
 
 
Figura 20 Esquema simplificado de una caldera acuotubular. 
 
La principal característica de estas calderas es su alta seguridad respecto a las 
humotubulares y cilíndricas, ya que la rotura de un tubo de agua es más difícil que 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ocurra, y si se diese el caso, sus consecuencias no son de temer como en el caso de las 
anteriores. 
 
 Los pequeños diámetros de los tubos y domos, hizo posible incrementar 
fuertemente la presión de operación de estas calderas y por ende sus temperaturas, 
mejorando no solo la capacidad de producción de vapor, sino la eficiencia energética del 
proceso. La Figura 21 muestra una caldera acuotubular típica de tamaño mediano 
(paquete) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 21 Caldera acuotubular tipo paquete. 
 
 Este tipo de calderas debido a su escaso contenido relativo de agua, su gran 
superficie de calefacción y a la circulación eficiente del líquido, pueden alcanzar 
rápidamente las condiciones de operación. Estas calderas tienen una cámara de 
combustión es generalmente amplia, por lo que favorece el desarrollo de la combustión y 
asegurar además que sea completa. 
 
 Las calderas acuotubulares pueden construirse en casi todos los tamaños y hasta 
presiones superiores a la crítica en la actualidad. Las capacidades por cada unidad 
pueden llegar a superar las 600.000 Kg/hr. 
 
 Calderas acuotubulares de circulación natural. El funcionamiento de estos equipos 
se debe a la diferencia de densidades de la columna de líquido entre el brazo frío de la 
caldera y el brazo sometido a la fuente de calor. La Figura 22 ilustra este hecho. 
 
Figura 22 Circulación natural de una caldera acuotubular. 
 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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Si la densidad del fluido en el brazo calentado izquierdo es de 0,8 respecto al 
agua líquida (brazo derecho), entonces la diferencia de alturas será equivalente a 0,2 H, 
esta es la altura hidrostática o presión disponible para mover el fluido y debe vencer las 
resistencias que encuentra en su camino. Estas son: 
 
a) la resistencia en la entrada del tubo de descenso 
b) el rozamiento en el tubo de bajada 
c) la resistencia en el tubo vaporizador 
d) la pérdida de altura para acelerar la mezcla en el tubo de subida 
e) la resistencia a la salida de este conducto. 
 
 En la práctica el brazo derecho también recibe algo de calor, de forma que en su 
interior también circula una mezcla de líquido y vapor, pero de título menor y mayor peso 
específico que la mezcla que asciende por la izquierda. 
 
 Para asegurar una buena circulación y separación, los tubos mencionados se 
unen en la parte superior en un colector o domo en donde se produce la separación de 
agua líquida del vapor, y también se unen en la parte inferior en otro colector que los 
alimenta con agua líquida. Los colectores superior e inferior se unen generalmente por 
tubos de mayor sección no calentados, de forma de mejorar la circulación del fluido. 
 
 Según la forma de sus tubos, las calderas acuotubulares dijimos que podían 
clasificarse a su vez en calderas de tubos rectos o calderas de tubos curvados. 
 
 Las primeras tienen la ventaja de que al ser todos los tubos iguales, se requiere 
un menor stock o reserva de los mismos, además un tubo puede ser reemplazado sin 
mover los otros, su limpieza es sencilla, son fácilmente normalizables y pueden 
adaptarse en instalaciones de poca altura. 
 
 Por el contrario sus desventajas principales son que se precisan gran cantidad de 
agujeros para los extremos de los tubos, las cajas colectores son difíciles de construir, la 
limpieza de los tubos requiere retirar gran cantidad de cierres, la dilatación de los tubos 
puede crear tensiones peligrosas si no son bien diseñados y normalmente la temperatura 
de salida de los gases es elevada. En la Figura 23, en la Figura 24 y en la Figura 25 se 
muestran otros modelos de calderas acuotubulares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 23 Caldera acuotubular. 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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 17 
Las calderas acuotubulares de tubos curvados se diseñaron con objeto de 
mejorar la circulación del agua respecto a la de tubos rectos, y por ende mejorar su 
eficiencia y capacidad de producción. 
 
 Pueden construirse de dos, tres, cuatro y hasta cinco domos interconectados por 
tubos curvos, normalmente para las multidomos solamente el superior trabaja separando 
vapor de líquido, mientras que los restantes trabajan en forma inundada, y en ellos se 
van acumulando barros que deben ser purgados. 
 
 Los gases son obligados a recorrer caminos sinuosos entre los haces de tubos, 
también por medio de pantallas refractarias. El agua se alimenta generalmente al domo 
separador superior, aunque en algunos casos se lo hace a domos inferiores. 
 
 Con este tipo de calderas se han logrado capacidades de producción de vapor de 
2500 a 600000 Kg/hr, con presiones de 11 a 125 Kg/cm2 y temperaturas de hasta 510 
°C. Las principales ventajas podemos resumirlas en su elasticidad en el diseño, se evitan 
los problemas de dilatación con la curvatura, la transmisión de calor se mejora debido al 
gran número de pequeños tubos, y la circulación de líquido es mas efectivo aumentando 
la capacidad de producción de vapor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 24 Caldera acuotubular. 
 
 Los principales inconvenientes son la gran cantidad de tubos de formas distintas, 
lo que implica un stock elevado, la dificultad en la limpieza de los mismos, la misma debe 
ser realizada desde dentro de los domos y el reemplazo de algunos tubos es dificultoso y 
obliga a desarmar o retirar otros tubos. 
 
 Evidentemente, mientras mayor sea el número de domos, mayor será el costo de 
la unidad, pero también mayor será su capacidad de producción, debiéndose llegar a un 
criterio óptimo económico para cada caso. 
 
 Posteriormente a la Segunda Guerra Mundial, se observó una tendencia a crear 
calderas de alta presión de circulación natural en plantas generadoras de energía 
eléctrica, con rangos de trabajo que van de 63 a 140 Kg/cm2 con temperaturas entre 455 
y 565 °C. Se trata de calderas de gran altura, las que aseguran una circulación natural 
elevada. 
 
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 18 
 
Figura 25 Caldera acuotubular. 
 
La recuperación de calor en este tipo de calderas ocurre en distintas etapas. 
 
 Finalmente diremos respecto a este tipo de calderas, que en la práctica, los 
fabricantes han tendido a producir las unidades llamadas tipo "paquete", en las cuales la 
misma se entrega completamente armada, equipada con sistema de combustión y tiro 
mecánico, controles automatizados y todos los accesorios necesarios para su operación. 
Todo el conjunto se monta sobre una base única, quedando exclusivamente por realizar 
las conexiones de energía eléctrica, agua, combustible y vapor. 
 
Calderas Acuotubulares de Recuperación. 
 
Este tipo de calderas se utiliza en ciclos combinados, el calor residual de la turbina de 
gas se utiliza para la producción de vapor. Pueden ser sin combustión adicional o con 
combustión adicional. Las calderas de recuperación sin combustión adicional producen 
vapor con el calor residual de los gases de escape de la turbina de gas y las que tienen 
combustión adicional permiten adicionar una dada cantidad de combustible debido a que 
cuentan con el aire suficientepara la combustión. La combustión en las turbinas de gas 
se realiza con un exceso de aire de hasta el 400 %. En la Figura 26 se muestra una 
caldera de recuperación. 
 
Calderas Acuotubulares de Circulación Forzada. 
 
 En las primeras calderas no había mayor problema en operar las mismas a 
circulación natural, dada la elevada diferencia de densidades entre el vapor y el agua a 
las presiones de trabajo, pero a medida que estas últimas fueron creciendo, la diferencia 
de densidades se hizo cada vez menor y empezaron a surgir problemas en la circulación 
de los fluidos. 
 
 
 
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Figura 26 Caldera de recuperación. 
 
 Este problema en particular, presenta un límite que es el punto crítico del agua, en 
donde las densidades del vapor y el agua son idénticas y por ende la fuerza impulsora 
desaparece, debiendo en esos casos recurrirse necesariamente a la circulación forzada 
de los fluidos. 
 
 En la actualidad la tendencia es reemplazar la circulación natural por la forzada, 
aun a presiones inferiores a la crítica, dado que esto evita fácilmente los múltiples 
problemas que pueden presentarse en la circulación natural o termosifón. Para ello solo 
es necesario agregar a la instalación una bomba de recirculación. 
 
 Las bombas empleadas son de tipo centrífugas, de gran velocidad y elevadas 
presiones, y una uniforme distribución del líquido bombeado en el interior de los tubos es 
el objetivo a lograr y único problema en una instalación de este tipo. 
 
En la práctica a presiones alrededor de 160 Kg/cm2 es casi imposible lograr la 
circulación natural. 
 
Calderas de Paso Forzado. 
 
 Las calderas de paso forzado se diferencian de las anteriores en que no poseen 
domo, de forma que el agua enviada por la bomba de circulación atraviesa los tubos y 
experimentando sucesivamente el calentamiento, la vaporización y sobrecalentamiento. 
Esto indica que la caldera debe ser alimentada con la misma cantidad de agua que se 
desee producir como vapor. La diferencia básica respecto a las calderas con domo, es 
que estas últimas regulan la alimentación en base al nivel del domo. En la Figura 27 se 
muestra esquemáticamente una caldera de paso forzado. 
Figura 27 Esquema típico de una caldera de paso forzado. 
 
 
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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Las más importantes de este tipo son las Calderas Benson y las Sulzer. 
 
 La caldera Benson de paso forzado, Figura 28, fue diseñada para operar a la 
presión crítica (227 Kg/cm2), calentándose gradualmente hasta 374 °C donde se 
vaporiza y posteriormente es recalentado hasta 530 °C. 
 
Figura 28 Caldera Benson de paso forzado. 
 
En la Figura 29 vemos un esquema de la caldera Sulzer de tipo monotubular, 
donde por un extremo ingresa el agua de alimentación impulsada por la bomba y por la 
otra sale el vapor sobrecalentado en las condiciones deseadas. 
 
Figura 29 Esquema de la caldera Sulzer de tipo monotubular. 
 
Las principales ventajas de las calderas de este tipo son la ausencia de domos, 
es decir no existen cuerpos de gran diámetro sometidos a presiones elevadas, lo que 
reduce los riesgos de accidentes y los costos de instalaciones. También la ausencia de 
domos significa en la eliminación de mandrilados, quedando los tubos unidos por 
soldadura exclusivamente, reduciéndose fuertemente la posibilidad de accidentes y ante 
cualquier problema, el mismo puede solucionarse en muy poco tiempo. 
 
Durante la puesta en marcha, los tubos son recorridos por el agua inicialmente y 
luego por el vapor, de forma que los mismos son enfriados continuamente y por ende 
están protegidos de sobrecalentamientos exagerados. 
 
La temperatura del vapor puede ser regulada a voluntad para el arranque como 
para la carga de las turbinas. Son especialmente aptas para elevadas presiones y 
temperaturas, se han construido modelos que operan a 350-400 Kg/cm2 y temperaturas 
de 650ºC con potencias entre bornes superiores a 1000 MW. Finalmente diremos que 
son muy flexibles en su funcionamiento, soportando sin inconvenientes variaciones de 
presión de servicio y son de puesta en marcha muy rápida. 
 
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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Una ventaja adicional de las calderas de paso forzado respecto a las de 
circulación forzada y natural, es el menor diámetro de los tubos, llegando a utilizarse 
valores de hasta 1", mientras que para las primeras el mínimo es de 2". Esto implica un 
menor peso por unidad de área de transferencia, siendo a presiones elevadas 
(>160Kg/cm2), muy importantes las economías obtenidas. También es importante la 
facilidad de montaje y la adaptabilidad de las instalaciones a cualquier situación de 
espacio y diseño. 
 
Finalmente de entre las calderas construidas en base a otros fluidos o 
propiedades especiales, vale la pena citar las siguientes: 
 
Las principales ventajas de las calderas ACUOTUBULARES son las siguientes: 
 
1) Peso relativamente pequeño. 
2) Soportan tiros forzados enérgicos. 
3) Puesta en marcha rápida. 
4) Capacidad de producción fácilmente variable. 
5) Son seguras, no tienen riesgos de explosión. 
6) Sus hogares son adaptables para distintos tipos de combustibles. 
7) Aceptan grandes sobrecargas sin daño para la unidad. 
8) En instalaciones marinas ocupan menos lugar y pesan menos que las 
humotubulares. 
9) Son mas fáciles de limpiar y mantener que las anteriores. 
10) Son muy flexibles en su diseño. 
 
Los principales inconvenientes son: 
 
1) Su costo inicial es elevado, en general calderas de menos de 100 HP son 
prohibitivas. 
2) Requieren de alimentación automática, dado su pequeño volumen relativo de 
agua. 
3) Son muy sensibles respecto al grado de combustión. 
4) Debe ser tratada el agua con la que se alimentan. 
5) Tienen menor costo operativo y de mantenimiento. 
6) Tienen rendimientos térmicos superiores a las Humotubulares. 
 
Tabla I comparación de parámetros de calderas humotubulares y acuotubulares. 
 
PARÁMETROS HUMOTUBULARES ACUOTUBULARES 
Velocidad de producción Lenta Rápida 
Conveniencia para generar 
energía eléctrica Inadecuadas Muy convenientes 
Presión de vapor Limitada a 25 kgf/cm2 Excede los 125 kgf/cm2 
Posibilidades de explosión Mayores Mínimas 
Tratamiento de agua No es muy necesaria Estrictamente necesario 
Espacio requerido Mayor Menor 
Posibilidad de transporte Inconveniente gran peso Comparativamente fácil 
Requerimiento de aptitudes 
para el funcionamiento 
 
Bajo 
 
Alto 
 
Tabla I Parámetros de calderas humotubulares y acuotubulares. 
 
 
 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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 22 
ACCESORIOS DE UNA CALDERA 
 
Las Figuras 30 y 30.1 muestra parte de los accesorios de una caldera humo tubular. 
 
 
 
Figura 30 Accesorios de una caldera humo tubular. 
 
 
 
 
 
Figura 30.1 Accesorios de una caldera humo tubular 
 
Manómetro 
 
El manómetro es un aparato destinado a medir la presión reinante en la 
caldera. En la actualidad se usan del tipo de Bourdon y el de Diafragma. Las escalas 
pueden ser en Kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) y Libras por pulgada 
cuadrada (Lbs/pulg2). 
 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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 23 
Indicadores De Nivel 
 
El mismo permite apreciar la altura a que se encuentra el agua dentro de la 
caldera. Estos aparatos constan especialmente de un tubo dispuesto verticalmente y 
cuyas extremidades se comunican, mediante uniones apropiadas, respectivamente, 
con la cámara de agua de la caldera y la de vapor, de tal modo que el agua de la 
caldera y la que se encuentra en el tubo se hallan al mismo nivel. 
 
Los grifos permiten independizar el tubo de nivel de la caldera yasea para 
limpiarlo ó para cambiarlo, en caso de rotura. 
 
Otro grifo sirve para la purga y se abre periódicamente para eliminar sustancias 
extrañas que se depositan en el fondo del tubo ó para verificar que no se hayan tapado 
las conexiones. El mismo se completa con un control de agua de seguridad, del tipo 
Jefferson ó Magnetrol, que acusa por medio automático la llamada a la provisión de 
agua por la puesta en marcha de la bomba de alimentación. La Figura 31 muestra el 
tubo de nivel de una caldera humotubular. 
 
 
. 
 
Figura 31 Indicador de nivel de una caldera humo tubular. 
 
Válvulas De Seguridad 
 
La misión de las válvulas de seguridad es evitar que la presión de la caldera 
pase los valores normales de operación para la cual fue construida, es decir, protege a 
la caldera contra presiones excesivas. 
 
Generalmente se las calibra para que la apertura se produzca entre un 6% a 10 
% por sobre la presión de trabajo del generador. 
 
Hay de dos tipos: 
 
 a) Válvulas de seguridad de contrapeso. 
 b) Válvulas de seguridad a resorte. 
 
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
Nota
ENZO CORTE
Llamada
https://www.youtube.com/watch?v=rAzqv9khGsE
 24 
 
Tapón Fusible De Seguridad 
 
Consiste en un tomillo perforado en cuyo interior posee metal de bajo punto de 
fusión. Se coloca generalmente, por sobre la primera hilera de tubos de manera tal 
que al bajar peligrosamente el nivel de agua, se funda por la temperatura, el metal 
interior del mismo, dando aviso de inmediato por el ruido y el vapor que produce. 
En las Figuras 31.1 y 31.2 se muestra un tapón fusible y donde se coloca en la 
caldera. 
 
 
 
Figuras 31.1 Tapón fusible 
 
 
 
 
Figuras 31.2 Tapón fusible en la caldera. 
 
 
 
 
ENZO CORTE
Resaltar
 25 
Presostato 
 
Es un elemento que determina la parada del quemador cuando la caldera 
alcanzó la presión de trabajo y acciona el arranque del mismo cuando la presión se 
encuentra en la parte inferior del rango. 
 
Inyector 
 
El inyector de agua es un ingenioso sistema inventado en el siglo XIX y 
sumamente sencillo, por la ausencia de partes móviles. Su funcionamiento reemplaza 
a la bomba de alimentación de agua en sitios donde se carece de energía eléctrica. La 
Figura 32 muestra un equipo de estas características. 
 
Su funcionamiento consiste en utilizar el mismo vapor de la caldera que por 
medio de toberas convergentes y divergentes hace ingresar a la caldera agua fría a 
mayor presión que la reinante dentro de ella. 
 
 
 
Figura 32 Inyector de agua de una caldera humo tubular. 
 
 
Bomba De Alimentación 
 
Son las encargadas de la alimentación de agua a evaporar en la caldera. En 
general, la más usada es la bomba centrífuga. El caudal y la presión de la bomba se 
elige de acuerdo a la capacidad del generador y a la presión de trabajo del mismo, 
considerando en reglas generales, la presión de la bomba 1,5 veces mayor que la 
presión de trabajo de la caldera. 
 
Válvula De Retención 
 
Es un elemento colocado en la caldera entre la bomba de alimentación de 
agua y el generador. Esta válvula permite que el agua impulsada por la bomba de 
alimentación ingrese a la caldera libremente y no retroceda por la presión de la 
caldera. 
 
Tapones De Limpieza Y Portines 
 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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 26 
Son elementos roscados ó aberturas selladas con juntas que se ubican en 
lugares proclives a la formación de barros e impurezas y que permiten acceder a esas 
zonas dentro de la caldera para efectuar la limpieza. 
 
Prueba Hidráulica De Caldera 
 
Tiene por finalidad comprobar si la caldera puede resistir satisfactoriamente la 
presión de trabajo, observándose que no existan pérdidas, fisuras ni deformaciones 
permanentes. 
 
Las pruebas hidráulicas son exigidas anualmente por las reparticiones 
encargadas de habilitarlas, siempre se realizan cuando se adquiere la caldera (como 
prueba de recepción) y cuando se llevan a cabo tareas de reparación. 
Para efectuarla, la caldera se debe encontrar fría, totalmente llena de agua y 
todas las conexiones al exterior, bridadas ciegamente ó taponadas. 
 
Se debe aumentar lentamente la presión de la caldera inyectándose agua por 
medio de una bomba manual (se recomienda no aumentar la presión en más de 4 
Kg/cm2 por minuto) hasta alcanzar una vez y media la presión de trabajo (1,5 veces la 
presión de trabajo), así por ejemplo, si la caldera trabaja a 6 Kg/cm2, se probará 
hidráulicamente a 9 Kg/cm2 y se deberá mantener esta presión como mínimo 60 
minutos. 
 
Se abrirán las cajas de humos y todo otro acceso al interior de la caldera a fin 
de realizar la inspección ocular. Concluido el ensayo, se disminuirá la presión 
lentamente y se procederá al armado para la puesta en marcha. 
 
Purgas De Fondo 
 
Hemos dicho que los sólidos en las calderas precipitan por la acción del 
tratamiento del agua, La manera de sacarlos al exterior es por medio de las purgas 
de fondo. La cañería de purga debe tener una válvula globo y otra válvula esférica de 
apertura rápida. En el trabajo de purgar la caldera, el operador debe abrir primero la 
válvula globo y después accionar la apertura de la válvula esférica violentamente, 
para que se produzca el efecto de arrastre. 
 
El tiempo de duración de la purga y la frecuencia de intervalos estará dada 
por el tratamiento de agua que se realice. Actualmente se fabrican purgas 
automáticas de accionamiento mecánico que conectadas a un temporizador 
producen la apertura de la válvula, según se programe. 
 
Purgas De Superficie 
 
Las sustancias grasas en el agua de la caldera tienen un doble efecto 
pernicioso porque aumentan la tensión superficial en forma enorme, interfiriendo con 
la liberación de vapor desde el espejo de agua y contribuyendo materialmente a 
provocar arrastres y puede producir recalentamientos locales muy pronunciados. 
 
Con las purgas de superficie se eliminan del espejo de agua, espuma, grasas 
o aceites provenientes generalmente de la contaminación del condensado 
proveniente de procesos de fabricación. 
 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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 27 
Otra función importante de las purgas de nivel es que se eliminan una gran 
cantidad de los sólidos disueltos. En la superficie de vaporización es donde mayor 
concentración de estos sólidos disueltos hay. 
 
Manejo Del Generador 
 
Toda caldera está calculada para funcionar a una presión máxima de trabajo, 
la cual no se debe sobrepasar. En algunas circunstancias, por requerimientos de 
vapor de la planta, se producen altibajos en la presión pero es conveniente mantener 
la presión lo más próxima a la de trabajo, pues en ese punto se obtiene el mayor 
rendimiento. 
 
En oportunidades en que la planta no requiere vapor, resulta conveniente 
apagar momentáneamente los quemadores. 
 
Para la puesta en marcha, los pasos a seguir son: 
 
1) Verificar si el funcionamiento automático de la caldera 
está activado. 
2) En la actualidad todas las calderas son automáticas y 
efectúan el barrido previo al encendido. Por si se 
acumulan gases de combustible en el hogar o en los 
conductos. 
3) Controlar la temperatura del combustible. Si este es líquido y viscoso. 
4) Verificar la existencia de agua en los tanques intermedios. 
5) Verificar el funcionamiento de la bomba de alimentación. 
6) Verificar el nivel de agua. 
7) Controlar el funcionamiento de las distintas válvulas de la caldera. 
 
Ante un aumento excesivo de presión, deberán apagarse el quemador y en lo 
posible, dar salida al vapor. 
 
 
Conservación Del Generador 
 
Cuando por razones de servicio un generador de vapor tendrá largos períodos 
de inactividad, es conveniente llenarlo totalmente de aguaa rebalse con algún aditivo 
secuestrante de oxígeno. 
 
Cuando se compruebe en la inspección interna la existencia de incrustaciones, 
es necesario efectuar la remoción de las mismas. 
 
De acuerdo al tipo y magnitud pueden ser desalojadas por medios mecánicos ó 
químicos: 
 
1.- Procedimiento mecánico: Este método es utilizado en los casos de 
incrustaciones blandas, de fácil remoción, abriendo los portines de 
inspección se procede al lavado con agua con manguera a presión. 
 
2.- Procedimiento químico: El lavado químico consiste en introducir 
dentro de la caldera, agua con elementos ácidos desincrustantes, 
controlando el tiempo de permanencia y la temperatura, de esta forma 
las incrustaciones se disuelven y se desprenden. 
ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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ENZO CORTE
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 28 
 
Finalizada esta limpieza, debe realizarse un intensivo lavado con abundante 
agua para finalizar el tratamiento con un pasivado. 
 
El pasivado consiste en llenar la caldera con agua y un producto que neutralice 
la acción del desincrustante de manera tal, que no quede en la caldera residuos que 
la pudieran corroer. 
 
 
 
ENZO CORTE
Resaltar