manual de foguista

Pequeo Manual del Foguista : Para Calderas a Lea yCalderas en general

Carlos W. Thomasset ASESOR TCNICO INDUSTRIAL MONTEVIDEO-URUGUAY

Ao 2004 ......1 ra. Edicin

Pequeo Manual del Foguista Para Calderas a Lea2004

0 Carlos W. Thomasset

Con ms de 100 aos en sus espaldas, ahora bajo el cuidado de laAsociacin Uruguaya Amigos del Riel, en perfecto funcionamiento.

Quizs, el traslado de la madera (eucaliptos) y el funcionamiento de lasplantas de procesamiento de la misma, deba ser con la propia energa quenos brinda, tanto en la utilizacin directa (en rolos) o los desperdicios quese producen al procesarla.



PROLOGO

Este manual: Pequeo Manual del Foguista Para Calderas aLea y Calderas en general , el motivo de su publicacin es ayudara la pequea industria , la que por lo general est en el interior delPas, lejos de los suministros de combustibles fsiles (F. Ol y otroscombustibles derivados del petrleo, as como de las zonas en que llega elgas natural), pero cerca de un combustible Nacional, con un costo endichas zonas muy adecuado, que da mucha mano de obra en toda laoperacin del manipuleo, hablamos de la lea (eucaliptos : corte,acarreo, estiba en fbrica, transporte, talleres mecnicos, operadores decalderas, etc.), y que en muchos casos puede ser hasta recortes ysobrantes de eucaliptos de otros usos (tanto de exportacin como deuso interno para la construccin de casas, muebles, piques, postes, etc.).Las calderas a lea tienen la virtud que son de fcil operacin,seguras, con un servicio casi sin paradas imprevistas (no haypartes sofisticadas o frgiles), y por lo general con un retornoeconmico importante (comparado con los otros combustibles).

Este manual, es fruto de una impresin personal, con el contactodiario con las calderas, por ms de 43 aos, que no necesariamenteest de acuerdo a otras fuentes de opinin , por lo que cada unosaque de informacin y la utilice, es a su propio riesgo . Cualquiera delos sistemas de quema de lea (eucaliptos), as sea de "quema directa" ode "gasgeno"; si son debidamente diseados, operados adecuadamente(segn sea el sistema), y con la "lea" manejada de una forma racionalpara su secado en el menor tiempo posible, ser un buen negociopara los usuarios y para el Pas.

Carlos W. Thomasset



INTRODUCCIN

Este Pequeo Manual del Foguista Para Calderas a Lea,est referido a la necesidad de que un pas como el Uruguay, sincombustibles fsiles en su territorio (se est estudiando laposibilidad de petrleo en la plataforma martima), tanto petrleocomo gas natural, hace necesario ver como una alternativavlida la utilizacin de la lea (eucaliptos), lea usada con elfin directo como combustible y/o descartes de laexplotacin de los bosques artificiales (recortes o sobrantes dela exportacin de eucaliptos u otros usos internos). Pueden haberotros celulsicos disponibles (algunos ya en utilizacin, comola cscara de arroz, girasol, etc., hasta la chilca puede ser unbuen combustible), pero en este pequeo manual nosreferiremos a la quema de eucaliptos (fundamentalmente comorolos o astillones). La lea de de monte no debe ser usada conestos fines.

Pretende ser una ayuda para aquellos que tengan lanecesidad de utilizar o comprar una caldera a lea.

De todas maneras, puede servir de base para tomar



acciones, luego de un cuidadoso razonamiento (que cada unodeber tomar bajo su responsabilidad y riesgo).

Lo dividiremos en dos partes:1 era. PARTE: CALDERAS A LEA.2da. PARTE: CONOCIMIENTOS BASICOS PARA EL

FOGUISTA (con todos los combustibles disponibles).

1 era. PARTE: CALDERAS A LEA

LA COMBUSTION A LEA

La madera (como el eucaliptos), tiene para su utilizacinen la combustin, los mismos elementos que el petrleo o elgas natural (carbono e hidrgeno, que aportan el calor aloxidarse con el oxgeno y algunos otros elementos que no aportancalor, como agua, oxgeno, etc., el azufre tambin aporta calor,pero en el caso de la lea prcticamente no existe, aunque s enalgunas cscaras como la de arroz).

Veamos un cuadro comparativo aproximado de estoselementos fundamentales (valores aproximados):

Fuel Ol pesado:CARBONO HIDROGENO OXIGENO AZUFRE AGUA NITRGENO CENIZAS84.70% 9.40% 1.50% 3.00% 0.70% 0.50% 0.20%

GAS NATURAL:

CARBONO HIDROGENO OXIGENO AZUFRE AGUA NITRGENO CENIZAS73.58% 24.05% 1.43% 0.00% 0.00% 0.93% 0.00%

LEA (rolos eucaliptos):sin humedad (seca totalmente en estufa)

CARBONO HIDROGENO OXIGENO AZUFRE AGUA NITRGENO CENIZAS

50.20% 7.00% 42.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0,80%

LEA (rolos eucaliptos): con humedad de 25% (humedad luego deestacionarla unos 6 meses en forma correcta)CARBONO HIDROGENO OXIGENO AZUFRE AGUA NITRGENO CENIZAS

37.65% 5.25% 31.50% 0.00% 25.00% 0.00% 0,6%



Como vemos, la lea tiene menos carbono y menoshidrgeno que el F. Ol y el gas natural (aqu la lea la hemospuesto sin agua y con agua (25% humedad en base hmeda),aunque que sabemos que la lea siempre tendr una cantidad deagua, que llamaremos humedad, que expresaremos en basehmeda-o sea el % de agua que contiene respecto al peso total,que nunca ser menor del 20% en condiciones naturales desecado). Hemos puesto la correspondiente a 25%H.b.h.(Humedad en base hmeda, unos 6 meses de correctosecado).

Sabemos que por cada Kg. de carbono (C) que sequema, se obtienen aprox. unas 8.150 Kilo-caloras(combustin completa o sea totalmente transformado en CO2,anhdrido carbnico), pero si la combustin no fueracompleta solo se producira 2.456 Kilocaloras, se formaraCO, monxido de carbono, el 30% del calor que produce lacombustin completa) y por cada kilo de hidrgeno que sequema, unas 34.000 Kilo-caloras (expresada como PoderCalorfico Superior, o sea, considerando el calor total devaporizar el agua que se forma de la combustin: H2O).

Recordemos que la Kilocalora (Kcal.) equivale: a calentar 1C (un gradocentgrado) a 1 kg. de agua (a un kilogramo de agua, que pesa 1.000 gramos y que calentar1 g. de agua 1C es igual a una calora).

Por lo cual es evidente que por peso, el combustibleque tiene ms caloras es el que contiene ms hidrgeno(debemos descontar el hidrgeno que lo suponemos unido aloxgeno contenido en el combustible, por lo que ya se supone queha reaccionado con el mismo (aunque en la realidad no estotalmente as), por cada 8 partes de oxgeno en peso sedescontar una parte de hidrgeno en peso, dado que 1 Kg. dehidrgeno produce 9 Kg. de agua: H2O).

El azufre (S) en lea no tiene mayor importancia, ya que suvalor es casi inexistente (en F. Ol por lo general es un problemapor la corrosin. Tambin, en la cscara de arroz la presencia deazufre (S) en un valor relativamente bajo, pero junto con la altacantidad de slice (SiO2), que queda como ceniza, hace que losefectos de erosin aumenten la corrosin en el tubo del hogar,tubos de caldera, ductos, separadores, chimeneas y ventiladores).



Como vemos, para poder aprovechar bien el calor, que puedeproducir el combustible, debemos de obtener la combustincompleta del carbono (C), por lo que veremos, que en la leay en los gases ser muy importante lograrlo, ya que notenemos sntomas muy visibles como en el F. Ol (queproduce humos negros o coloracin muy notoria en la llamacuando hay falta de aire o mala combustin, cosa esta ltima quepuede ocurrir por varias razones: falta de mezcla del aire y elcombustible, falta de tiempo de combustin, exceso de humedad,etc.).

EL PODER CALORIFICO:El poder calorfico de un combustible es el calor liberado

al quemarlo con el oxgeno mnimo necesario y referido a cerogrado centgrado (0 C), pero como casi todos tienen hidrgeno(que se transforma en agua al quemarse) o agua como humedad,se expresa de dos maneras: Poder Calorfico Superior (PCS,considera el agua como condensada y a 0 C) y como PoderCalorfico Inferior (PCI, considera el agua como evaporada a 0Co sea, hay que restarle al PCS el calor latente de vaporizacindel agua total, o sea, la producida por la combustin y la que



trae como humedad. Aproximadamente el valor del calor total deesta agua que hay que evaporar equivale a multiplicar por 600Kcal. por cada 1 Kg. de agua (H2O).

PCI= PCS - Kg. H20 x 600 Kcal. (Kg. de agua).

Dado que la lea cuando se corta en el monte (eucaliptos)tiene una humedad en base hmeda (la designaremos comoH.b.h.) tiene un valor en el entorno del 60% H.b.h. (estosignifica que solo el 40% ser lea combustible como materiaseca cuando el eucaliptos est en pie y cae por el corte).

Con el pasar de los das y meses (por elestacionamiento, el cual es una operacin fundamental, comoveremos ms adelante), la lea va perdiendo la humedad (yotros elementos tiles, como voltiles orgnicos combustibles ymadera que se degrada por efecto de los insectos, bacterias yhongos). Habr una merma de humedad y de la propia lea(ahora consideraremos la merma solamente por efecto deevaporacin del agua o sea la humedad), evaporacin porefecto de lo vientos o sea de las corrientes de aire ms quepor efecto del sol directo, factor que deberemos tener muy encuenta al estacionar la lea para su secado.

Veamos una grfica en la podemos comparar una lea alsalir del monte (unos 20 a 30 das, con un 49% H.b.h.) y luego deestar estacionada a hasta que la humedad baja a un 20% H.b.h.,cosa que ocurre por lo general solamente en verano, luego demuchos meses de estacionamiento (ha perdido adems muchosvoltiles y madera por putrefaccin y ataque de insectos).

En el grfico inferior, hemos trazado los valores de losPoderes Calorficos (superior e inferior), los cuales se ve que amayor humedad, tienden a separarse (la diferencia entre amboses mayor) debido a la cantidad de calor en vaporizar el agua quetiene como humedad.

Tambin hemos puesto la Eficiencia (rendimiento,expresados en referencia a ambos poderes, PCS y PCI) de unacaldera a lea comn (sin recuperadores), con combustincompleta, trabajando a una presin de 10 Kg./cm2, en la queadems hemos puesto los Kg. de vapor aproximados quepodemos obtener en distintos estados de humedad (no hemosconsiderado las prdidas por voltiles y por putrefaccin).



En el grfico anterior (a la izquierda en las ordenadas, las Kilocaloras de los P.C., enla derecha, las ordenadas x10 las Eficiencias y por x1, los Kg. de vapor por Kg. de lea, comoabscisas la humedad de la lea en base hmeda: H.b.h.), vemos que la humedad de la lea entre20% H.b.h. a 49%H.b.h., los Poderes calorficos bajan en una curva descendente (disminuyendoms el P.C.I. debido al contenido del agua por la humedad que aumenta), que hace que laEficiencias tambin bajen. Esto se refleja ms en que con una humedad del 20% H.b.h. seproducen 4,45 Kg. de vapor por Kg.Lea, pero cuando la humedad aumenta al 49% H.b.h.,solamente se pueden producir unos 2,25 Kg.vapor por Kg. de lea (hemos supuesto que elexceso de aire es el doble que la humedad en %, operando una caldera con valores que se hanmantenido constantes, salvo el exceso de aire).

Tomemos algunos valores puntuales de Poderes Calorficosde la lea (y cscara de arroz):

Lea de eucaliptos:Humedad 0% (totalmente seca) P.C.S. = 4.685 Kcal/Kg. P.C.I.= 4.300 Kcal/Kg.La humedad mnima de la lea que se logra en la prctica es de 20% despus de 1 ao,

pero lo normal es del 25% ( ms de 6 meses de estacionamiento).Humedad 25%...................P.C.S. = 3.510 Kcal./Kg........ P.C.I. = 3.080 Kcal./Kg.Humedad 30%...................P.C.S. = 3.280 Kcal./Kg........ P.C.I. = 2.830 Kcal./Kg.Humedad 35%...................P.C.S. = 3.045 Kcal./Kg........ P.C.I. = 2.590 Kcal./Kg.Humedad 41%...................P.C.S. = 2.760 Kcal./Kg......... P.C.I. = 2.290 Kcal./Kg.En cscara de arroz (otro celulsico bastante usado)Cscara de arroz 10%H.b.h.....P.C.S. = 3.100 Kcal./Kg.... P.C.I. = 2.800 Kcal./Kg.



COMPARACION DE LOS COMBUSTIBLESAhora, que conocemos la mecnica de las condiciones de la

lea en referencia a los Poderes Calorficos, comparemos algunosdatos sobre los Poderes Calorficos de los distintos combustibles,ya que los mismos no se venden por sus caloras, sino pordistintas formas de expresin : en los lquidos en litros (L),en gases en metros cbicos (m3. estndar : "La unidad devolumen a los efectos de la medicin ser un Metro Cbico de Gasa una temperatura de 15 grados Celsius (15C) y a una presinde 101,325 kilopascales absoluta o sea una atmsferaestndar."), y en gases pesados por kilo (garrafas). La lea enkilos (Kg) o toneladas (Tn) (pero la humedad tiene una granimportancia en el precio para el comprador). Esto hace que sedeba ser muy cuidadoso al comparar el costo por Kilocalora(Kcal).

Por ejemplo:En combustible lquidos:

Como vemos, en los combustibles lquidos, cuanto mspesado es el combustible (mayor densidad), ms calorastendremos disponibles por litro (esto hace que un auto a gasoltenga mayor rendimiento por litro que un auto a nafta, fueraademas que el motor diesel tiene mayor rendimiento efectivo dadala alta compresin y el ciclo de funcionamiento). Esto hace que el



F. Ol pesado o residual sea el de mayor Poder Calorficopor litro.

Ahora veamos el Gas Natural (es una mezcla de gases,cuya composicin fundamental es el gas metano, muy livianoen referencia al aire, tiende a subir al escapar al aire).

En la tabla superior vemos que cuanto ms liviano es el gas(menor densidad, peso por m3.), mayor es el Poder Calorficopor kilo y menor por metro cbico (m3.).

Esto hace una diferencia muy importante para sucompra, ya que los gases pesados son licuables (como elsupergas, que con presin no muy alta y a la temperaturaambiente, se transforma en un lquido que se puede conteneren un recipiente de presin (garrafa o tanque), que por logeneral se venden por Kilo de gas), mientras que los gaseslivianos son difcilmente licuables (como el gas natural, sesuministran por caera, o como gas comprimido a alta presinpara uso automotor, en tanques especiales a muy alta presin), sevenden por lo general en metros cbicos (m3) (a presinstandard y 15C), esto hace que la comparacin por calorasen el precio se deba hacer cuidadosamente (los medidores delvolumen de gas en forma gaseosa, como el gas natural, dependende la presin del gas y su temperatura, a ms baja presinaumenta el volumen para una misma cantidad de gas por peso ocaloras, de la misma manera si aumenta la temperatura, el gas se



dilata y el medidor mide ms m3. de gas para la misma cantidadpor peso, por eso los grandes consumos, los medidores debentener correccin automtica computarizada de la presin y latemperatura, as tener el valor real del gas corregido a la presinestndar y la temperatura de 15C).

Pero la verdadera comparacin es cuando usamos estoscombustibles y nos referimos a su Rendimiento oaprovechamiento en determinado equipo adecuado parasu utilizacin (combustin y recuperacin del calor).

En cuanto a la electricidad (un elemento aportador decalor en forma casi directa, que ahora tambin est disponible)tiene un Poder Calorfico (si lo expresramos para hacer unacomparacin) de 860 Kilocaloras por Kilovatio hora (860kcal./KWh).

Para la comparacin de la lea con los combustiblesanteriores, se debe considerar el Eficiencia o Rendimientode las calderas en las que se ha de usar (cada cadacombustible responde a una mejor Eficiencia de acuerdo a no sloel manejo de la combustin, sino del tipo y condiciones de diseode la caldera, o si tienen o no recuperador de calor en gases dechimenea, etc,), haremos una comparacin aproximada entrelos distintos combustibles.

1 L. de F. Ol pesado equivale a...............3,0-3,5 Kg. lea con 25% H.b.h.1 L. de F. Ol pesado equivale a...............1,05-1,15 m3. de gas natural.1 L. de F. Ol pesado equivale a...............3,3-3,6 Kg. cscara arroz 10% H.b.h.1 L. de F. Ol pesado equivale a...............9,5 Kilovatios-hora (kwh)

Si lo observamos en comparacin a la cantidad de vaporque producen por unidad (teniendo en cuenta una calderapromedio de baja presin, de vapor saturado, etc.).

1 L. F. Ol pesado...............................12,5 a 14,5 Kg. de vapor .1 Kg. lea 25H.b.h.................................3,8 a 4,8 Kg. de vapor .1 Kg. de cscara de arroz 10%H.b.h....3,6 a 4,2 Kg. de vapor .1 m3. gas natural .............................12,5 a 13,5 Kg. de vapor .1 Kilovatio-hora (Kwh)............................1,2 a 1,5 Kg. de vapor.

Estos valores, sern ms o menos convenientes, segn seael tipo de sistema de quema de la lea (quema directa ogasgeno, el tipo de caldera, la calidad de la lea (humedad,putrefaccin, cscaras, etc.), la forma de operar (manejo de la



combustin), presencia de recuperadores (tantoeconomizadores, como calentadores de aire, etc.). El rendimientode la caldera como equipo trmico (prdidas de calor a la sala,purgas y prdidas de agua y vapor).

Empezando por el sistema de quema:

Como se ve en la figura anterior, el sistema de quema se puedeestablecer en : a) quema directa y b) quema por gasgeno.

La quema directa, es aquella en que se produce lacombustin en una cmara de combustin en que la lea sequema en forma continua (no hay un fraccionamiento de lacombustin en forma fsica por la cmara de combustin) y en laquema por gasgeno la combustin se hace en dos etapasseparadas por dos cmaras de combustin unidas por unducto (en la primer cmara se hace una combustin parcial confalta de aire y en la segunda cmara de combustin se quemanlos gases a medio quemar de la primer cmara).

Ambos sistemas tienen comportamientos muy diferentes, ensus reacciones, operacin y comportamiento respecto a lalea y su condicin al quemarla.

Esto lleva a que algunas calderas solo puedan hacer unaquema directa y las de gasgenos sean especiales para tal funcin(o adaptadas al efecto).



LA COMBUSTIN Y SU PROBLEMTICA

Para que exista combustin en una caldera, se debe decumplir:

1-Que haya combustible (carbono e hidrgeno)

2-Que haya oxgeno suficiente (aire con cierto exceso)

3-Que haya temperatura (la temperatura de + 600C)

5-Que haya tiempo (toda reaccin qumica lleva un tiempo)

Si no se cumplen las condiciones anteriores, lacombustin o no existir o ser una mala combustin(combustin parcial).

En definitiva:

COMBUSTIBLE + OXIGENO + CALOR + TIEMPO= CALOR

Esta ecuacin es muy importante, ya que la combustin semantiene debido a que el propio calor que se produce, permiteque la combustin contine.

Si la llama se enfra, se apaga. Por eso la temperatura en lacmara de combustin debe ser lo suficientemente alta(+600C) para lograr una combustin completa (con elaumento en la temperatura en la zona de la reaccin de lacombustin, esta se hace ms rpida y tiende a ser completa sihay suficiente oxgeno (aire) y tiempo, cada aumento de 10Cse dice que la velocidad de una reaccin qumica se acelera casi aldoble).

Si falta tiempo de combustin, la combustin no secompleta. En este caso, al faltar tiempo, los gases en combustinentran en zonas de la caldera en que la llama se enfra y seapaga, como ser entre los tubos de las calderas acuo-tubulareso en el interior de los tubos de la calderas humo-tubulares.



Nunca debe permitirse que la llama (o gases no visibles decombustin, como sucede en la lea y en los gases) entrensin terminar la combustin en el interior de los tubos (estallama se apagar y ser una prdida del combustible que se ircon los gases de chimenea, prdida muy considerable en muchoscasos, que adems tiene caractersticas cidas, que provocancorrosin, tanto en el caso de la lea, como en los gases).

TODA LLAMA AL ENTRAR EN UN TUBO, SE ENFRIA Y PORLO TANTO SE APAGA.

En los combustible lquidos, como el F. Ol, la llama esmuy luminosa (observable), si se apaga, producir humosnegros (micro-holln y holln), que se vern por la chimenea y lallama ser oscura y larga (tanto si falta aire como si hay malacombustin: mala atomizacin, mala mezcla de aire ycombustible, hogar muy fro, etc.).

Veamos una comparacin entre la combustin de la lea y el F.Ol:



Vemos que la llama del F. Ol es muy visible, vemos cuandotermina, lo cual nos permite controlar que no llegue a la zonade los tubos, en donde inevitablemente se apagar, formarholln, humos negros, ensuciar rpidamente las superficies detransferencia y provocar prdidas por alta temperatura delos gases de chimenea al ensuciarse las superficies detransferencia.

En el caso de la lea, debemos dividirla en dos: quemadirecta (que se parece al caso del F. Ol por ser bastante visiblela llama) y la quema por gasgeno (que es similar a laquema de los gases, la llama no se ve con claridad en dondetermina, por lo que la llama puede apagarse y no verse, si estoocurre se produce una gran prdida debido a gases noquemados).

Tambin en la quema directa si no se observa laterminacin de la llama, que es observable, de manera que nopase de un cierto valor en el largo del hogar cilndrico, porlo general la mitad del tubo del hogar, de lo contrario habrprdidas por gases no quemados, no observndose nada en lachimenea (no hay humos) observables.

Por eso en la quema de gases y la quema de lea (quemadirecta o gasgenos, cualquiera sea su combustible), se puedemonitorear si la quema es total midiendo los gases noquemados (o CO, monxido de carbono, por lo general se acepta



un mximo de 400 ppm como CO), en el caso de F. Ol estamedida es insuficiente, hay que tomar medidas de holln enlos gases (dado que puede haber holln y no haber gases noquemados debido a los hogares fros que hoy en da se utilizan,antiguamente tenan mucho refractario y se produca CO por laalta temperatura del refractario si la combustin no era completa).

Como vemos en el dibujo anterior, quemando lea unacaldera de quema directa, podemos ver la llama (estofacilita su control), en este caso es larga y oscura (si quemarabien no debera pasar del la mitad del tubo del hogar), estosignifica que la combustin es mala, que hay prdidas degases no quemados (la llama de los gases se apaga al entraren el interior de los tubos, debido a que se enfra y se produceuna importante prdida), la caldera se ensucia ms rpido (conel alquitrn de la mala combustin y la ceniza, se produce unensuciamiento que provoca una prdida de transferencia, lo queaumenta la temperatura de la chimenea, esto aumenta laprdida, luego este ensuciamiento hace que los tubos setapen o sea, restringen el paso de los gases y la caldera notiene buen tiro, lo que achica la caldera y aumenta ms las



prdidas por gases no quemados, por falta de tiro).Por lo general esto ocurre cuando la lea tiene mucha

humedad (por cada 1% de humedad, en la prctica senecesitan el 2% de exceso de aire). Tambin esta condicin sepuede dar porque la calderas est muy cargada de lea, no quedauna buena cmara de combustin (no hay tiempo decombustin), falta exceso de aire al estar muy tapada las grillas.La contraposicin a esto es el exceso de aire (que provocaprdidas por calentar un aire que no se utiliza en la combustin).

En lea es muy importante que el aire de combustin seaprecalentado (con grillas refrigeradas para que no se quemen),esto hace que se acorten los tiempos de combustin,especialmente, cuando la lea est con mucha humedad (leaverde, mal estacionada para el secado o mojada). Unprecalentador de aire mejora la Eficiencia de la caldera(mejoramos el aprovechamiento del combustible ya querecuperamos calor en la chimenea, ms de 5%, y ademsmejoramos la combustin, acortando la llama, usandomenos exceso de aire, por lo que podemos pensar en estecaso como un triple ahorro).



En el caso de la quema de la lea con gasgeno (ocurre enforma similar con la quema de gases), la llama no es observableen donde termina, por lo cual se debe utilizar instrumentospara medir si hay prdidas por gases no quemados, que sonmuy importantes (por cada 1% de monxido de carbono-CO- sepierden entre un 5% a un 7% del combustible por la chimenea,pero adems se achica la caldera o sea que pierde capacidadde producir vapor en la cantidad nominal).

Veamos una posible explicacin a la direferencia entre laquema de lea directa y la quema de lea por gasgeno,esto es un experiencia sobre medidas de campo en la dcada delos 80, comparando calderas humo-tubulares de medianacapacidad (unos 2.000 a 7.000 Kg./hora de vapor):

POSIBLE EXPLICACIN A DIFERENCIASENCONTRADAS ENTRE LA QUEMA DE DIRECTA DE LEAEN ROLOS Y LA QUEMA POR MEDIO DE GASGENOS ALEA EN CALDERAS.

Estas diferencias son:1- Mayor ensuciamiento de las superficies de transferencias del lado gases en la

quema por gasgeno.2- Mayor tendencia a la produccin de monxido de carbono en los gases de salida

al disminuir el exceso de aire en la quema por gasgeno (esto afecta la Eficiencia en formadramtica , ya que 1% de CO disminuye entre un 5% a un 7% la Eficiencia decombustin ).

3-Necesidad de un cuerpo mayor en superficie de la caldera para la transferencia dela misma capacidad de vaporizacin .

FORMA DE DESARROLLO DE LA COMBUSTIN EN CADA SISTEMA



COMBUSTIN DIRECTA:En este caso nos estamos refiriendo a la quema de combustin directa (con

cmara de combustin con transferencia de calor: "capilla acuotubular")en que lascondiciones en que se produce la combustin es de tal manera de que toda lasreacciones entre el aire y el combustible (lea), se termina en la misma cmara decombustin , es decir que el largo de las llamas "visibles" no llegan ms de la mitad delhogar cilndrico de la caldera (caso de tubos de humo ) y no penetran en el bancoconvectivo de las calderas acuotubulares.

Esto se puede lograr regulando la carga sobre la "parrilla", el aire primario ysecundario.(La humedad de la lea, la temperatura del aire, la disposicin de la cmara,etc..).

La elevada temperatura, la luminosidad de la llama, las partculas "flotantes"en el seno de la combustin, permiten lograr una combustin completa en unvolumen determinado(siempre que se encuentre dentro de los lmites mximos que laexperiencia indica ). Cuando se pretende que el Exceso de Aire sea muy bajo (menosdel 20%, o sea un CO2 de ms del 16%) aparecen en los gases de combustin " gasesno quemados" (fundamentalmente CO).

Veamos que sucede con el gasgeno.

COMBUSTIN POR GASGENO:En este caso, hay una combustin primaria (con falta de aire) en que los gases

resultantes (en su mayor parte CO, voltiles de la destilacin de la lea, alquitranes,hidrgeno) pasan a la cmara de combustin de la caldera a una temperatura entre 400a 700C (en esta parte solo se ha liberado menos del 50% de poder calorfico ,retenindose por enfriamiento del gasgeno entre un 5% a un 15% del calor total aliberar).

En la combustin secundaria se pretende quemar dichos gases, buscando unamezcla ntima entre el aire secundario y los gases. Dependiendo del % de carga de lacaldera y buscando bajar la relacin aire a combustible, se nota en general la presenciade CO cuando el CO2 pasa a ms del 13% ( esto vara no solo en el % de carga sino quede una caldera a otra caldera, humedad de la lea, tipo de lea, aunque mejora al usaraire precalentado al igual que la quema directa ).

En una palabra, el gasgeno tiene mayor tendencia a producir CO cuando sebusca trabajar con mnimo exceso de aire.

Busquemos la explicacin a este fenmeno, ya que parecera ilgico que uncombustible gasificado pueda tener ms dificultades para quemar que un combustibleslido.

Para ello veamos las condiciones de combustin de distintos gases y combustibles :

TEMPERATURA , LIMITES DE INFLAMABILIDAD Y VELOCIDAD DE LLAMA DELOS GASES:

TEMPERATURA DE IGNICIN EN EL AIRE : Hidrgeno ...................................................580C-590C Metano........................................................650C-750C Etano...........................................................520C-630C Monxido de Carbono.................................644C-658C Gas-Oil...................................................................336C



Carbn ordinario........................................400C-425C

LIMITES DE INFLAMABILIDAD EN EL AIRE: Lmite inferior Lmite superior

Gas de carbn........................................5,3%..............31% Benceno.................................................1,4%..............7,5% Gas de alto horno.................................35,0%............74,0% Monxido de carbono...........................12,5%............74,0% Hidrgeno...............................................4,0%.............75,0% Metano....................................................5,0%............15,0%

VELOCIDAD DE LLAMA :

0

100

200

300

400

500

0 10 20 30 40 50 60 70 80X GAS COMBUSTIBLE EN EL AIRE %

Y VELOCIDADEN Cm/seg.

Hidrogeno

Monxido de Carbono

Etileno

Metano

Como se nota en la grfica comparativa, el Monxido de Carbono (CO ), tiene lavelocidad ms baja de llama, especialmente en la zona de menor % de combustible en elaire, o sea que cuando el % del CO baja por combustin, su velocidad va bajando hastaextinguirse si no se dan condicionantes de temperatura y catalizacin.

PROBLEMAS EN LA COMBUSTIN SECUNDARIA DEL GASGENOPara quemar un volumen de gas del gasgeno a la temperatura que viene del

mismo (gran volumen, dado la presencia de nitrgeno y dilatacin) y teniendo en cuentael volumen de aire que hay que suministrar (con 21% de O2 activo), para el logro de unacombustin completa, se necesita un volumen de cmara de combustin dedimensiones mayores que las correspondientes a un hogar comn de petrleo ocarbn quemando la cantidad equivalente de energa, de lo contrario corremos elriesgo de que la combustin no se complete, ya que una vez de entrar los gases en laszonas fras (interior de los tubos de humos o bancos convectivos, el gas restante seenfriar por debajo de la temperatura que necesita para mantener su combustin ).

Si observamos quemar la llama del gas de un gasgeno, veremos una zona de



combustin sobre la zona de mezcla, esta corresponde fundamentalmente al hidrgeno(por su alta velocidad le da estabilidad a la llama no visible del CO), de acuerdo a larelacin aire/combustible, esta llama visible tendr aspecto y colores distintos,pero la nica forma de establecer el largo de llama es con instrumentos de medida degases en la presencia de "gases no quemados" (fundamentalmente CO, H2 y alquitranes).

El largo de llama tambin depender del % de carga del gasgeno.

En resumen : El largo de llama estar influenciado por la relacin aire/combustible,el porcentaje de la carga del gasgeno o caldera, tipo de gases generados (humedad de lalea influye en gran forma), disposicin de la cmara secundaria de combustin(refractarios,etc). La cmara torsional es fundamental para lograr la mejorcombustin secundaria en un gasgeno.

RESUMEN:

Aparentemente las calderas con gasgenos, sean adaptadaso diseadas al efecto, no tienen hogares de combustin demayor dimensin que las correspondientes calderasquemando otros combustibles (F. Ol, quema directa, etc.).

Los hogares de la calderas de quema directa con "capillaacuotubular " tienen el hogar de combustin ("capilla") en dondeprcticamente se hace ms del 90% de la combustin y ademsel hogar normal de la caldera donde se produce la quemadel gas que se ha retardado su combustin en los picos decarga .Pero lo interesante es que la "capilla" es responsablede ms del 50% de la evaporacin, pasando la parte humo-tubular o convectiva a tener un rol secundario o derecuperacin ( de all la menor incidencia en el rendimiento siesta parte estuviera sucia por cenizas - en la mayora de loscasos puede pasar varios meses para que ocurra algo notorio enla temperatura de gases de chimenea).

El foguista puede regular mejor la quema directa: estosucede porque la llama de la quema directa es visible, cuidandoque la misma no pase ms all de la mitad del hogar cilndricode las humo-tubulares o que no entre en el banco convectivo,quedando la lea pareja sobre la "parrilla" y buscando quela llama tenga un largo mediano (penetre hasta la mitad delhogar cilndrico de las humo-tubulares o "acaricie" los tubos delas acuotubulares ), los valores de Eficiencia sern buenos.



En cambio, en las calderas a gasgeno en forma visualno es posible regular el aire secundario con respecto al gasproducido , ya que no hay llama visible de terminacin, esdecir, vemos la base de la combustin, pero no vemosdonde la misma termina. Sera necesario un instrumento queindique CO en los gases de combustin (o gases no quemados).

De esto se deduce :

1-Que a igualdad de superficie en las calderas humo-tubulares (en la parte del cuerpo humo-tubular), la quemadirecta tiene ms rpida reaccin, ms capacidad degeneracin pico y menos problemas de repuesta alensuciamiento.

2-Que el ensuciamiento prematuro de la quema congasgeno responden ms a una falta de combustin en lallama (por el largo de la misma y su enfriamiento),produciendo holln (ceniza con alquitranes del arrastre delgasgeno) que afecta la transferencia de calor en formadramtica (su transferencia depende del cuerpo humo-tubular en un 90%).

En el comentario anterior, parece reflejar la idea de que no soypartidario del gasgeno, lo cual no deja de ser cierto (por lo yacomentado), aunque opero con gasgenos hace ms de 25 aos,por lo que aconsejo que cada cual haga sus mediciones y saqueconclusiones al respecto.

A lo que debo agregar que hay consideraciones en el casodel la quema por gasgeno en el manejo de la lea, ya queque se utilizan astillones o rolos cortos, lo que obliga a un mayorgasto de cortes y adems, como debe el estacionamiento serefectuado por estibas (cosa que por lo general no se hace cuandoson astillones o rolos cortos, lo cual provoca varias prdidas). Elaire que pasa entre los rolos o astillones es lo que seca lahumedad (el sol tiene poca incidencia). Aqu, si no se hacenestibas ordenadas, se pierde por exceso de humedad, por



mayor tiempo de estacionamiento, por putrefaccin y porprdidas de voltiles en el mayor tiempo (cosa qu, adems,el mayor tiempo de estacionamiento tiene la prdida econmicadel capital parado).

Veamos ya mis comentarios sobre la estibas para el secado de lalea :

SECADO DE LA LEA:

Todo lo que se pueda hacer para que la lea llegue a la boca decaldera de seca (25%H.b.h.) y con la mnima prdida por putrefaccine insectos, en el menor tiempo posible, es un buen negocio.

Mejorar todo lo posible para que el manipuleo y la carga de la leaen la caldera (facilidad de carga para el foguista) ser en beneficio delrendimiento.

Repasemos la grfica que muestra la importancia del contenido de humedad de la lea(expresada en base hmeda) en los valores relacionados con la generacin de vapor.



En el grfico anterior (a la izquierda en las ordenadas, las Kilocaloras de los P.C., enla derecha, las ordenadas x10 las Eficiencias y por x1, los Kg. de vapor por Kg. de lea, comoabscisas la humedad de la lea en base hmeda: H.b.h.), vemos que la humedad de la lea entre20% H.b.h. a 49%H.b.h., los Poderes calorficos bajan en una curva descendente (disminuyendoms el P.C.I. debido al contenido del agua por la humedad que aumenta), que hace que laEficiencias tambin bajen. Esto se refleja ms en que con una humedad del 20% H.b.h. seproducen 4,45 Kg. de vapor por Kg.Lea, pero cuando la humedad aumenta al 49% H.b.h.,solamente se pueden producir unos 2,25 Kg.vapor por Kg. de lea (hemos supuesto que elexceso de aire es el doble que la humedad en %, operando una caldera con valores que se hanmantenido constantes, salvo el exceso de aire) y en la parte ms inferior la cantidad de Kg. devapor por Kg. de lea verde (es decir que cuanto ms seca la lea que se quema, mejor seaprovecha respecto a la lea verde, por ejemplo: con 20% H.b.h. si quemamos esta lea que d4,5 Kg. de vapor por Kg. de lea, lo que equivale a 2,5 kg. de vapor con lea verde en el monte,ms que si la quemramos con 49% H.b.h. como se recibe en la fbrica., que solo dara 2 Kg. devapor por Kg. de lea verde con 49% H.b.h., pero la caldera se ensuciara en pocos das ). En laparte inferior, los kg. de lea verde equivalente a los kg. de lea seca a la humedadcorrespondiente (que podemos leer en la parte derecha de las ordenadas x1).



El secado de la lea es muy importante, ya que la misma puede al ser mal estacionada,no slo lograr un mal secado (la humedad no baja en el tiempo previsto), sino que sepueden producir prdidas de diversa ndole: putrefaccin biolgica ("ardido","fermentacin",etc.), prdida de voltiles ("destilacin"), prdida por ataques de insectos,etc. Debido a todos estos factores, la lea se debe secar en el mnimo tiempo y en lasmejores condiciones para que las prdidas sean mnimas, para ello es aconsejableseguir los esquemas anteriores y siguientes.

Los vientos son fundamentales para el secado de la lea, ya que "seca" ms unacorriente de aire que la presencia del sol sobre la lea (slo la lea en la parte superiorrecibe el sol). Por lo tanto debemos disponer las pilas en una orientacin en que losvientos predominantes las atraviesen por el interior de los rolos y de las pilas.

De la misma manera debemos drenar todo el estacionamiento para que no se acumuleagua. Evitar el "enyuyamiento" de las pilas, usando para ello un "matayuyos" o limpiandocada tanto. Y tambin no est dems utilizar algn insecticida que sea efectivo paraeliminar insectos "comedores o depredadores de la madera" (la utilizacin de estoselementos deben ser consultados a Ing. agrnomos).



No se debe "apilar" la lea a secar en montones en forma de que no circule el aire

(el caso en que la misma se tira desde los camiones, tanto sea por el hombre comoutilizando la volcadora del camin). Dejar el campo de secado libre de rboles en supermetro o en su interior.

Las prdidas pueden ser tan grandes como el 30% o ms del valor calorfico de lalea secada en buenas condiciones



La determinacin de la humedad de la lea es muyimportante, para el manejo de datos: rpidos y certeros,para tomar decisiones respecto a las formas de estiba, a lostiempos de estacionamientos, etc.

Veamos algunos aspectos de la medida de la humedad de lalea para que sea fcil de hacerla:

COMENTARIOS SOBRE MTODOS DE DETERMINACIN DEHUMEDAD EN LEA (POR SECADO EN ESTUFA).

DE ACUERDO A ALGUNAS NORMAS:Las probetas se preparan en forma cbica de 20 mm. de lado

alternativamente de cilndricas de un dimetro no inferior de 20 mm. y de5 cm. de lado. Las mismas sern tomadas en piezas mayores de 1 metrode los dos extremos a 30 cm. de los lados, equidistantes de la periferia yse excluir la madera de la mdula. Eliminar astillas y aserrn.

La estufa debe tener una ventilacin adecuada para renovar el aire desu interior y estabilizar la temperatura en 103C +/- 2C. Luego de 24horas se deja enfriar en un desecador de laboratorio y se pesa en balanzade precisin, con aprox. centigramo. Se repite la operacin cada 4 horashasta obtener 2 pesadas consecutivas a peso constante.

DE ACUERDO A NORMAS ASTM:Las probetas deben tener la seccin completa y su largo no ser menor

a 25 mm. a lo largo, pero el largo debe permitir un volumen no menor a33 cm3. El corte limpio. La estufa ser mantenida a 103C +/- 2 C igualque las normas anteriores, pero deber ser de circulacin forzada yventeado a la atmsfera. La presin de la balanza ser +/- 0,2 % delespcimen a medir. Para secado, medir la muestra mayor cada 2 horas oms, hasta dos pesadas constantes.

Como ejemplo poner que : una muestra de 100 mm por 50 mm. deseccin y un largo de 25 mm. usualmente lleva un tiempo de 24 horaspara lograr un secado a peso constante en un horno elctrico y decirculacin forzada.

TODAS ESTAS NORMAS REFLEJAN SU UTILIDAD PARA EL USOEN LA MADERA (PARA MUEBLES, ESTRUCTURAS, ETC.).

EN LA INDUSTRIA AZUCARERA:Se utiliza mucho la determinacin de la humedad (en la coseta de la

remolacha para los secaderos de pulpa, en el bagazo de la caa de azcar,etc.). La utilizacin de estufas de secado al vaco con temperatura, ascomo de luces de infrarrojo. Tambin de aparatos especiales que trabajanhasta 135C se pueden utilizar. La industria papelera tambin tienendeterminaciones por infrarrojo. (las determinaciones deben ser rpidas, yaque se est manejando un proceso de fabricacin continuo).



COMENTARIO:Es evidente que el agua en la lea para quemar se encuentra ligada a

la estructura externa e interna de su constitucin. Hay un riesgo deconsiderar como agua a algunos voltiles, as como alguna degradacinde la materia orgnica. Pero el agua de la estructura interna debe sertenida en cuenta, ya que la misma interviene en el P.C. y vara mucho deuna especie a otra de rbol.

MTODO THOMASSET:La necesidad de una determinacin rpida y relativamente ajustada

a la realidad me llev a un mtodo propio: la determinacin de lahumedad de el "aserrn" grueso de una sierra a cadena de buen filo (quetiene un corte ancho y de baja friccin). Cortando los rollos de eucaliptosa 1/3 de la punta (varios dimetros), mezclando dicho "aserrn" quejuntado sobre una base impermeable y rpidamente guardado en unabolsa de 3 capas (de conservacin al vaco o en su defeco en una bolsa denylon si la muestra se utilizar en pocas horas). Sobre una balanza deltipo "pesa carta", someter al "aserrn" a una luz de infrarrojo de unos 100w. a una distancia de unos 10 cm. sobre una base de tipo "plato" deinoxidable que transmita el calor por conduccin debajo del "aserrn"(mejorando la distribucin del calor), en aprox. una hora y media sepuede establecer una humedad sobre una masa de 20 gramos, con 2 o 3



pesadas sin variaciones mayormente apreciables cada 10 minutos,determina el fin del secado. La humedad es la relacin diferencia entre lospesos iniciales y final, dividido el peso inicial por 100 (dar el % H.b.h,Humedad en base hmeda). Creo que la prdida debida al corte, secompensa por la prdida de voltiles, ya que en una cantidad apreciablede ensayos ha dado similar a los mtodos tradicionales. Creo que elerror debe estar por el 1% y como tal, generalmente frente a la posibilidadde la prdida de elementos voltiles, pero por lo rpido del secado, tomoun 0,5% a 1% por debajo (suponiendo que el agua interna demore msen evaporar).

Una determinacin "ms exacta" casi que pierde sentido, ya que esprobable que entre dos cargas de zorras haya una diferencia de ms de1%, por la altura de la "pila" de rollos o por la orientacin o laproximidad de elementos (rboles u otras pilas) o fecha de entrega, queafectan el secado.

Hay otros mtodos rpidos, como la medicin por medio de laconductividad (conduccin de electricidad a travs de la madera, quecuanto ms hmeda, ms conduce, aplicando unos pinchos que seclavan en la madera y con un circuito electrnico se le d un voltajedeterminado y se mide en un instrumento, previa calibracin, la humedad



correspondiente) la hemos probado con eucaliptos y nos ha dadoerrores en la medicin, que hemos resuelto que este mtodo quizssea bueno para otras especies como sucede en Europa del Norte.

DISPOSICIN DE LA FORMA DE CARGAR LA LEA EN LACALDERA.

La quema de lea, es un operacin que debe ser bienentendida para el manejo de la lea, desde la compra (precio,tamaos, especies, etc.), la forma de estibar (para lograr unsecado lo antes posible y en las mejores condiciones posibles), elmanejo del stock (buscando que en el mnimo tiempo se logrequemar la lea en las mejores condiciones), el manejo internode la lea (la operacin del movimiento interno de la lea en lafbrica, elementos de carga), operacin de manejo de carga dela lea en la caldera (buscar la mejor comodidad de carga, demanera que con el mnimo esfuerzo se logre cargar la caldera conlea en forma continua, de manera de que no haya perodosde exceso de carga y perodos de baja carga de lea, demanera de evitar las prdidas por falta de aire, gases sin quemar,y las prdidas por exceso de aire, aire calentado que no es usado).Generalmente estas prdidas por exceso de aire (falta de cargade lea) y falta de aire que produce gases sin quemar (se dapor exceso de carga), esta situacin se da por lo general por lafalta de comodidad de carga de lea en la caldera, lo queobliga involuntariamente al operador a cargar bien de leala caldera y esperar a que se queme casi toda la lea,antes de volver a cargar (ya que la operacin de carga lesignifica un esfuerzo grande por la falta de comodidad en laoperacin).



En la foto superior (una caldera de 7.000 kg./h de vapor,quema directa, con capilla de hogar y tubo cilndrico, recuperadorde gases calientes, o sea aire caliente bajo grilla, y grilla hmeda,una caldera de muy buen performance) es un buen ejemplode un sistema de carga de lea, en que la lea sobre una zorra,queda la carga de rolos a la altura adecuada para que elfoguista puede cargar la caldera de lea en forma cmoda (lo quefacilita mantener una carga continua de lea, que redunda enun beneficio, ya que la caldera al ser cargada en forma continua,se evita excesos de carga con falta de aire, que produce gasessin quemar, y la falta de carga que produce excesos de aire,aire que calentamos y no aprovechamos, en ambos casos baja elrendimiento).

SISTEMAS DE CARGASEl momento de la carga de lea (rolos y astillones), que debe

ser lo ms continuado posible (para mantener la condiciones de



combustin sin excesos y faltas, tanto de combustible como deaire, ya que ambos estn ntimamente relacionados), debe sercuidadosamente implementado para evitar la entrada de aireno adecuadamente utilizado.

Como la penetracin de aire por el sistema de carga debeser evitado, ya que dichos aires solo entran en combustinparcialmente como aire secundario o afectan la mezcla degases en combustin en el caso del gasgeno (este aire no esnecesario, ya que entra en la parte superior de la cmara decombustin, por lo tanto afecta tanto a un exceso de aire en laquema directa, o como un aire que se mezcla en la vena de gasesa la salida de la quema por gasgeno, empobreciendo el gas,siendo mejor que entre en la cmara torsional, en donde entracumpliendo la funcin de aire secundario precalentado yproduciendo el efcto torsional que provoca la mezcla ntima).

En la quema directa, utilizando rolos, el sistema mejores el de doble compuerta (una caja de carga con doscompuertas, de manera de que se carga primero una cmaraentre la dos compuertas, una vez puestos los rolos, se cierra laprimer compuerta (generalmente a mano) y se abre la segundacompuerta que est sobre el hogar. Esta ltima compuerta seacciona con un pistn neumtico, dado que tiene mucho peso,por ser necesaria su implementacin con piezas de fundicin quesoporten el calor radiante que viene del lecho de combustin,aunque esta compuerta algo se enfra por la penetracin de airesparsitos, este sistema debe ser complementado porempujadores de rolos). Si el tamao de hogar lo justifica, deun empujador de rolos, que funciona por un sistema depistones neumticos (la funcin de estos empujadores,generalmente de a par, es empujar los troncos que estn enuna posicin lateral, a que sean encimados a la zona de mayorcombustin del hogar, o sea, de la zona de precalentamiento a lazona de combustin). Los empujadores son retrctiles paraevitar su quemado por la alta temperatura del hogar, seaccionan a voluntad del operador, generalmente despus de cadacarga que sea necesario. En calderas de poco porte, esto no esnecesario de implementar.

En el caso de los gasgenos, para evitar la entrada de airepor las bocas de cargas, se disponen de cargadores



rotativos (en este caso, en vez de ser un cajn con cargas devarios rolos, se carga en forma continua los rolos cortos oastillones uno por uno, en un rotor que gira, tiene separacionesradiales, y gira en una envuelta que impide que una parte de laseccin entre el aire al sellar contra las separaciones radiales y loslaterales, con la envuelta y las tapas laterales, dejando una bocade carga abierta en forma permanente en la zona del operador,este rotor por lo general, si es de importancia, es motorizado). Encalderas a gasgeno de baja capacidad, puede ser una vlvuladoble, con una entrecmara en donde los astillones seacomodan y se abren y cierran alternativamente la vlvulas (lasuperior de tipo tapa y la inferior del tipo tapn invertido, enfundicin).

Es probable, que las cajas de carga (en la quema directa),deban ser redimensionadas si se pretende quemar lea en



atados o fardos, para aprovechar el sobrante de losmontes de exportacin u otros elementos combustiblesque se puedan enfardar (como la chilca, rastrjos, etc.). Demanera que con un hogar ms grande y una boca de cargaadecuada, se puedan cargar con un grapo (siendo estosatados-encintados- por un materal combustible).

Si bien el chipiado de la lea y otros materialescombustibles, parece la opcin ms lgica para la carga, pero nodebemos de perder el punto de vista de la inversin en elsistema (parrillas especiales, chipiadoras -picadoras- de altocosto inicial y con un costo energtico importante, generalmenteelectricidad de alto costo, cintas transportadores, etc.), por logeneral el promedio de produccin horaria de mayora de lascalderas no pasa de los 3.000 a 6.000 Kg. hora de vapor en lamayora de nuestras industrias con posibilidad de quemar estoselementos (industrias que estn en el interior del pas).

AIRES Y CHIMENEAS EN CALDERAS A LEAEn la combustin a lea, la entrada de aire debido al

tiro de la chimenea o del ventilador de tiro inducido,son los que manejan la combustin (la lea est en unacantidad muy superior a que se est quemando en formainstantnea, sobre la parrilla o grillas) de manera que la cantidadde combustin depende de la cantidad de aire que entra encontacto con la lea, as como el corte de combustin ser elcierre de todo contacto del aire con la lea, operacin estaltima muy importante cuando es necesario parartotalmente la combustin frente a un bajo nivel de agua. Lasentradas de aires cuando se cierren en estos casos deben sermuy estancas. Los ventiladores de tiro forzado o las entradasde aire bajo y sobre grilla, estn dependiendo de la depresindel hogar (por lo general unos -3 a -10 mmca) y de losventiladores de aire primario, secundario, terciario, etc..

Es muy importante, entonces, antes de entrar a analizar todoslo tipos de calderas a lea, indicar la forma que los humos dela combustin son llevados a la chimenea y como entranlos aires de combustin, porque esto define en buena parte elcomportamiento de las calderas a lea, aunque todas tienen encomn que la cmara de combustin estn en depresin (o



sea por debajo de la presin atmosfrica, de manera que noescapen los gases por las entradas de carga de la lea, mirillas,tapas de ceniceros, etc., esta depresin se mide por lo generalen milmetros de columna de agua (mm. c.a. o en milibars -siendo 1 mbars equivale aproximadamente 10 mm.c.a.).

Para medir esta depresin (o presin si la hubiera) puede sermedida disponiendo un tubo en U de un dimetro de variosmilmetros (por ejemplo, 10 mm., cuyas extremidadestransparentes, vidrio o plstico, tengan 300 o 400 mm.largo, con un extremo libre a la atmsfera y el otro a un caode cobre o similar (por ejemplo: de 1/4 o prximo), que seconectar por un agujero bien sellado a la cmara o caja dehumos a medir, si no se puede sellar bien, introducir el caode cobre en el interior de la cmara, de manera de estar enel seno de la cmara a medir), lleno de agua (con unas gotasde alcohol y si se quiere con un poco de un colorante, tinta osimilar). El extremo conectado a la caldera, si hay depresin,tratar de succionar el agua hacia ese extremo (en realidad es lapresin atmosfrica que empuja el otro extremo, debido a quesu presin de aire es mayor que la cmara en depresin), si haypresin de aire en la cmara, el efecto es a la inversa.

La diferencia medida entre la parte paralela de la U, enforma vertical (como plomada) medida en milmetros (conuna regla o metro) es la depresin (en mm.c.a.).

En una cmara de combustin ser por lo general de -4mm. c.a. hasta unos -10 mm.c.a, pero a medida que nosaproximamos a la chimenea o al tiro inducido, la depresinaumenta (hay ms vacio o sea mayor tiro). Cuando el tiro esnatural esta depresin por lo general es baja (en la base de lachimenea podr ser de unos -10 mm.c.a. hasta unos -20 mm.c.a,si la altura de la chimenea es ms alta y la temperatura de losgases es ms elevada. Con un ventilador de tiro inducido puedeser muchsimo ms elevado, pudiendo en la entrada del ventiladorvariar entre -50 mm.c.a. a ms de -250 mm.c.a, dependiendo deltipo de ventilador, revoluciones por minuto y dimetro del rotor,etc, y de como est regulado la entrada de aire en la cmara decombustin o las penetraciones por prdidas en las tapas juntasde la cajas de humo).



Como vemos en el grfico anterior, la depresiones aumentanhacia el tiro de la chimenea (natural o inducido).

1-Tiro natural:El tiro natural, como lo dice, es el vacio que tiende a provocar

en la base de la chimenea los gases ms calientes que van por elducto de la chimenea (en realidad, es la presin atmosfrica queempuja el aire hacia el interior del hogar de combustin aldesplazarse el aire ms caliente por lo chimenea en forma vertical,dado que el aire a medida que se calienta disminuye su peso:densidad, es as que un aire de una sala de caldera puede pesarunos 1,3 Kg./m3 pero al calentarse a la temperatura de salida dela caldera o entrada de la chimenea, bajar a unos 0,525 kg porm3. a una temperatura 400C, aunque por lo general latemperatura de chimenea es de unos 250C a 350C en lascalderas de tiro natural).

La intensidad del tiraje es igual a la diferencia entre el



peso de un volumen de aire atmosfrico igual al de lachimenea, con la de los gases calientes que contiene lamisma. Por esta razn, cuanta ms alta es la chimenea (si losgases no se enfran y el dimetro de la chimenea es adecuado),mayor ser el tiro en la base de la chimenea (regulndose en lachimenea por medio de un vlvula de mariposa o haciendopenetrar aire fro del exterior, de manera de mantener unadepresin o tiro adecuado en hogar de combustin). No hay queolvidar que el volumen de los gases necesitan tener una seccinen la chimenea, para pasar, que si la chimenea se ensucia y estepasaje se achica, la caldera pierde tiro y la combustin no seactiva lo suficiente (la caldera pierde capacidad de producirvapor). La entrada de aire primario y secundario (o terciarios) seregula junto con el tiro, por medio de vlvulas de mariposa opersianas, bajo el cenicero, sobre la parrilla, etc..

Podemos decir que una chimenea de 10 m. de altura, cuando losgases tienen 250C de temperatura promedio, el tiro terico en la base es de-5,4 mm, c.a., si doblamos la altura a 20 m. el tiro ser el doble o sea -10,8mm.c.a., lo mismo podemos decir de la temperatura, si aumentamos a300C en ambos casos de altura tendremos -6 mm.c.a. y -12 mm. c.a, perosi se enfra la chimenea en invierno a 150C el tiro baja a -3,8 mm.c.a. y -7.6 mm. c.a.. Estos valores tericos, son los que obtendramos sicerramos la entrada de aire a la caldera (y no hay otros aires depenetracin por prdidas), en ese momento, un instante antes que bajela temperatura en la chimenea, se produce el tiro terico. Pero alabrir los aires primarios y secundarios, el trabajo de hacer circularel aire y luego los gases, a travs de las distintas secciones de lacaldera (en donde hay restricciones, como la parrilla, los tubos,regulaciones,etc.) en donde hay un trabajo restrictivo, perdemosparte del tiro terico y tendremos el tiro real o sea el quemediremos en el hogar (tambin hay una energa o trabajo gastado en lapropia circulacin de los gases, energa que luego ser la que permite elevarlos gases a la atmsfera).

Conclusin: si la chimenea es baja, tiene poca seccin (hay trabajogastado en vencer la falta de seccin), o los gases se enfran, el tiro serpoco y por lo tanto, la caldera tiene mala combustin y pocarespuesta (al aumento de produccin de vapor). Especialmente alquemar lea con mucha humedad se necesita un buen tiro, ya quenecesita ms aire que la lea seca y por lo general el hogar est mscargado de lea para compensar la falta de combustin.

Por eso la chimenea debe tener la seccin adecuada (dimetro), la alturay la aislacin a lo fros del invierno (vientos fros que la enfran a los gasesen el tramo de chimenea).



En el tiro natural, por lo general el aire primario ysecundario, tambin entran por la depresin que hay en elhogar (es decir, no es empujada por un ventilador, si no que essuccionado por la depresin que tenemos en el hogar), por locual la cantidad de aire que entra depende de la apertura de laentrada del aire y del valor de la depresin en el hogar (a mayordepresin, mayor fuerza para que entre el aire de la sala). Deesta manera se regula la cantidad de combustin, ya que lacantidad de lea en el interior de la caldera permanececonstante, la cantidad de combustin o fuego depende de lacantidad de aire primario (bajo grilla o parrilla, o tubo de hogaren algunos casos), y secundario (el aire secundario es el queentra por encima de la grilla, o en muchos casos, el sobrante de lapropia parrilla, que se utiliza para terminar la combustininiciada por el aire primario, que tambin tiene un exceso, el de laparrilla, que muchas veces suficiente para la combustin total).

Esto significa la importancia que tiene la dimensin de lachimenea en altura, seccin y que no se enfrien los gases,pero tambin en el hecho que no entren aire por filtracionesen partes no tiles para la combustin (bocas de carga, tapas



de limpiezas, forros del hogar, tanto refractario como de tubos,cajas de humos, base de chimenea, etc.).

En algunos casos puede que el aire primario, pueda serempujado por un ventilador (pero siempre con depresin en elhogar). En este caso, se mantiene la depresin en el hogarconstante y se vara la cantidad de aire empujado por elventilador primario.

2-TIRO FORZADO (o TIRO INDUCIDO).Como las calderas de tiro natural no disponen de un gran tiro

por las limitaciones (altura y seccin de chimenea, necesidad detemperatura alta de los gases lo que significa una prdida deEficiencia, dado que los gases calientes se llevan el calor quepodramos utilizar para mejorar el rendimiento), las calderas detiro natural por lo general son de uno o dos pases de gases(como las calderas verticales de un pase, o calderas humo-tubulares de dos pases o calderas acuotubulares de de 2 pases(antiguas calderas seccionales con tubos semi-horizontales).

Como en las calderas se debe aprovechar al mximo elcalor producido, achicar al mnimo el tamao de lacaldera (hacindola ms Eficiente con menos material), se debenaumentar los pases de gases, poner recuperadores de calor(como ser economizadores o sea: calentadores de agua dealimentacin u otros usos, calentadores de recuperacin paracalentar el aire de combustin), o aumentar la velocidad derespuesta a los cambios de consumo de vapor, todo estohace que el tiro natural ya no sirve, por lo que se utiliza eltiro forzado (succin e impulso, de los gases calientes por unmedio mecnico).

Por tiro forzado se pueden denominar una serie desistemas en que el aire es forzado (como el antiguo caso de lassalas de calderas presurizadas, generalmente en aplicada en losbarcos, empujan el aire e impiden que los gases salgan a la salade caldera) o succionando los gases por medios mecnicos(ventiladores) o por medio de inductores de aire o de vapor(como en el caso de las locomotoras que se hace un tiro con uninyector de vapor como si fuera un venturi o sea, se descarga enuna seccin ms estrecha de la chimenea un chorro de vaporpor medio de una tobera, este vapor arrastra los gases,



hacindolos tomar ms velocidad, lo que obliga a aumentar lacapacidad de la chimenea y por lo tanto el tiro en su base, talcomo sucede en las pelculas en que aparecen locomotoras avapor, cuando hacen fuerza se ve la chimenea con humos muysobrecargada, el vapor que se usa por lo general es de la descargade los propios cilindros o pistones de la mquina, de manera deno gastar vapor extra, ya que el agua del vapor no se recupera).

Pero, en nuestro caso, por lo general, llamaremos tiroinducido cuando un ventilador (extractor, mecnico, movidopor un motor elctrico o a vapor: turbina o mquina alternativa)colocado entre la caldera y la chimenea (o entre losrecuperadores de calor y la chimenea), succionan los gases ylos empujan a la chimenea.

La combinacin del tiro inducido y el aire forzado (oforzador: aire forzado bajo grilla, secundario y terciario),permite recuperar el calor de los gases de chimenea, facilitartodo el aire de combustin en todas las condiciones, ponertodos los pases y recuperadores, manteniendo las succinen todas las secciones, de manera que no haya prdidas degases a la sala (especialmente en lea esto es fundamental, yaque la lea debe ser cargada por una entrada expuesta a la salade calderas y porque los gases de lea pueden ser contaminantese inclusive venenosos por la presencia de COmonxido decarbonoque es txico por acumulacin). En las calderas alea, no se debe permitir que los gases de la combustincontaminen los locales en donde trabaja el personal (por elCO que puede existir en algunas circunstancias o etapas decombustin, habiendo otros gases no quemados que pueden serperjudiciales para la salud).

Por lo general el tiro inducido (ventilador en chimenea),mantiene en forma automtica (o manual) la depresin en lacmara de combustin (prximo a -4 mm.c.a. hasta unos -10m.c.a), variando su capacidad por medio de una vlvula degases (persianas o mariposa en la entrada del ventilador) ovariando la velocidad del rotor del ventilador (por medio deun variador mecnico o un variador electrnico de frecuencia dela corriente elctrica alterna que alimenta el motor del ventilador,haciendo variar su velocidad de rotacin o rpm), esto permitemantener la depresin a distintas cargas y lo que se vara



para aumentar o bajar la combustin son los ventiladores deaire primario, secundario y terciario (el tiro inducidoacompaa el caudal de estos ventiladores manteniendo ladepresin pre-establecida en el hogar).

Cuando la caldera solo tiene tiro inducido, la capacidadde combustin se hace por medio de la depresin del hogarque provoca el tiro inducido (aumentando o disminuyendo eltiro segn aumente o disminuya la necesidad de aire decombustin, acompaando a esto con la regulacin de los airesprimario y secundario, por medio de su regulacin a la entrada alhogar).

EN LOS SISTEMAS DE TIRO INDUCIDO NO SE DEBEABRIR LA ENTRADA DE CARGA DE LEA O LAS MIRILLASCUANDO EL TIRO INDUCIDO ESTA APAGADO. Si el tiroinducido est apagado, el hogar est lleno de gases a medioquemar, lo que al abrir una entrada de aire, entra oxgeno quese mezcla con los gases sin quemar y puede provocar unaexplosin de hogar y/o salir una llamara de fuego hacia lapersona que abri la mirilla o la compuerta de carga.

ESTO ES MUY PELIGROSO.

En algunos casos, conviene disponer un sistema de seguridadque impida la apertura de la tapa de carga de lea si el tiroinducido est pagado (especialmente en la quema deaserrn). Siempre conviene que tiro inducido apagadopermita un pequeo venteo de gases a travs del ventiladorpara el barrido de los gases (pequea depresin en el hogarque impide que salgan gases a las sala de caldera, especialmentecuando los aires primario, secundarios y terciarios no cierren bieno se apaguen, incluyendo al tiro inducido, al cortar por altapresin de vapor como debe ser y siga entrando algo de aire o alapagarse por cualquier razn el tiro inducido. Este barridoasegura que no escapen gases como el CO a la sala, aunque estapequea entrada de aire provoca que haya una pequeavaporizacin, o sea que la caldera no apaga totalmente, peropor lo general esto no representa un problema si no hay un bajonivel importante).

Los tiros inducidos por lo general son comandados por un



sensor de la depresin en el hogar de combustin (que mantienela depresin entre -4 mmca y -10 mmca), y los tiros forzados soncomandados por presstatos que van conectados a la presin devapor, habiendo un presstato de corte para el corte por altapresin vapor tanto para los tiros forzados como para el tiroinducido (bloqueando este ltimo a los ventiladores de tiroforzado de manera de evitar que haya presin positiva en elhogar de combustin, es decir, que nunca se puedan prenderlos tiros forzados si no hay la depresin suficiente en el hogar).Ver ms adelante: Presstatos (presistatos).

En el croquis anterior, vemos, una caldera de quema directacon aire forzado (bajo grilla), con tiro inducido (entre elrecuperador de calor y la chimenea), 3 pases, con cmara decombustin (capilla o sea cmara de combustin acuo-tubular),con recuperador en gases de chimenea (para calentamiento delaire primario y secundario, esto mejora la Eficiencia o rendimientoy mejora la combustin notablemente con el aire caliente). En estecaso hemos puesto fondo hmedo, pudiendo ser fondo semi-hmedo o hmedo, acuo-tubular o sea capilla trasera.



ARRASTRE CENIZAS Y CHISPASEl arrastre de cenizas y chispas (trozos en combustin o

brasas), puede ocurrir en determinadas condiciones,especialmente cuando hay tiro inducido (y aumentada laposibilidad al tener aire forzado bajo la parrilla), cuando seaumenta la produccin de vapor o cuando la caldera est enun alto rgimen de combustin. Cuando la carga (grado decombustin) de la caldera es alto, por lo general, en cualquiera delos dos sistema (quema directa o gasgeno), se produce unarrastre de materia (cenizas y trozos de madera encendida,brazas) debido a la alta velocidad del aire entre las grillas y lamismos rolos que forman la cama de combustin. Esto es msgrave, cuanto ms cenizas tenga la lea (aumenta con lascscaras) y en el caso de las cscaras (como la cscara de arroz,la ceniza es de ms del 20%), se produce ms arrastre.

La ceniza es un contaminante en el ambiente(especialmente cuando es slice como la cscara de arroz), pero lasbrasas encendidas pueden ser un peligro de incendio enlas proximidades de la calderas (especialmente en fbricas coninflamables).

Para evitar el arrastre de cenizas y brasas, la operacindel foguista sobre la caldera y la calidad de la lea sonfundamentales, pero esto por lo general en algunos casos noalcanza, por lo que hay que instalar elementos queatrapen la ceniza y las brasas (en este ltimo caso lollaman apagachispas, pero no haremos diferencia).

Lo ms elemental, es hacer una base de chimenea ychimenea de baja velocidad, el segundo sera ante-poniendo al tiro-inducido un tnel con una pileta inferiorcon cierto nivel de agua (que hay que limpiar cada tanto) y concadenas colgando desde la parte superior, casi tocndoseuna cadena con la otra y puestas en tresbolillo (o sea,alternadas, que obliguen a los gases a chocar con las cadenas. Losmateriales arrastrados pegan contra los eslabones, puestas lascadenas en varias filas y columnas (alternadas en tresbolillo), siel sistema de cadenas tiene la posibilidad de un movimientomanual cada tanto, mejor, para desprender la materia pegada alas cadenas).



A todo esto, el paso siguiente es poner entre el tiroinducido y el ltimo recuperador: un multicicln (pequeosciclones en paralelo, de alta velocidad, de material que resista laabrasin, que descargan la ceniza a una cmara comn sellada, elproblema a este sistema es el alto costo).

En el caso de la cscara de arroz, he diseado un sistemade baja velocidad con la parte inferior central con unalluvia de agua para atrapar las partculas (esto ha funcionadomuy bien, pero debe disearse cuidadosamente, adems que lazona de abrasin sea de un material duro y cambiable, elagua solo moja la zona inferior, zona en donde la densidad departculas es mayor, cayendo el material separado por el agua aun sello de agua con la pileta limpiable en marcha, los gases nodeben enfriarse con el agua, ya que esto hara que luego al salirpor la chimenea no se eleven por falta de temperatura, esnecesario que se eleven para diluirse en la atmsfera y no quedensobre la zona de descarga, ya que son gases con muy bajocontenido de oxgeno (O2), alto contenido de anhdrido carbnico(CO2)y con la posibilidad que tenga monxido de carbono (CO)-txico- y otros gases no quemados no convenientes para lasalud, este concepto debe ser tenido en cuenta con cualquiercombustible).



A todo esto, se puede disponer que haya separadores enlas propias cajas humo (aprovechando que baja la velocidad delos gases y hay un cambio de direccin, poniendo en la parteinferior un ducto de descarga con un sello de agua y cuya piletasea limpiable, hay que tener cuidado que la primer parte delducto est en contacto con gases a ms de 800C, por lo que laprimera parte del ducto debe tener refractario y aislacin, siendoconveniente que la parte en contacto con el agua sea de inoxidableo todo el ducto si se quiere una larga duracin).

Uno de los problemas, de todos los separadores, es sellar lacaja de recoleccin del material (cenizas y materiasincandescentes), yo prefiero que estos sellos se hagan con sellosde agua, por ser ms efectivos y a su vez apagan las chispas quecaigan (aunque por lo general son del tipo seco, que al no cerrarbien sus tapas, se producen filtraciones de aire que vuelven aintroducir el material separado al sistema del tiro inducido).



En la literatura se podr encontrar otra serie de ideas desistemas que se pueden aplicar, he puesto los sistemas quehemos aplicado, en cada caso en particular, buscando bajarcostos y que sean aceptables sus resultados.

En general, hay que evitar que el ventilador de tiroinducido sufra el impacto de las cenizas (hay abrasin, el casode la cscara de arroz es muy severa), por lo que es aconsejableque el rotor del ventilador y algunas zonas de la envuelta dela caja del ventilador, sean protegidas por material ms duro(as sean por capas de soldadura al cromo-niquel en las zonasms perjudicadas, o haciendo cordones que separen la venade gases del impacto a las superficies).

En el caso de la cscaras, cuando las cenizas tienen muchaslice (caso del arroz), evitar que salga por la chimenea es muyimportante, ya que esta slice al ser respirada, puede provocarenfermedades pulmonares (caso de la silicosis u otras).

LA CALDERA A LEA:

A todo lo anterior que hemos dicho, desde los sistemas dequema de lea, hasta el manejo de la lea, debemos estudiarel comportamiento de las distintas calderas a lea (oadaptadas a lea).

Ya hemos visto que hay prdidas por humedad, por exceso deaire, por gases no quemados (CO y otros voltiles), porensuciamiento de las superficies de transferencia, por diseo delas calderas, por los recuperadores de gases (y calentamiento delaire de combustin, el cual mejora notablemente la combustin),etc.

Veamos cada tipo de caldera y su problemtica con el usoa lea:



RECORRIDA POR LAS DISTINTAS OFERTAS DECALDERAS A LEA.

CALDERA HUMO-TUBULARES (PIRO-TUBULARES)Por definicin, son aquellas que los gases del resultado de la

combustin va por el interior de los tubos, estando losmismos sumergidos y enfriados por el agua del interior de lacaldera.

Por lo general las caldera humo-tubulares se clasifican entreotras cosas por los pases que hacen lo gases de combustin,o sea, las veces que cambia de sentido de direccin entre el frentede la caldera y su parte trasera (por lo general en un giro de 180,aunque esto es algo arbitrario, ya que podemos tener un hogarcilndrico y un pase de tubos unidos al hogar en forma recta, locual puede interpretarse como una caldera de 2 pases).

Esto no significa que una caldera de 1 pase sea necesariamentede menor Eficiencia (aprovechamiento del calor de combustin)que una caldera de 3 o 4 pases, ya que depender del largo de lospases (cuanto ms largo es un pase, en relacin a la mismavelocidad de los gases, y al mismo dimetro de los tubos, mayorser la transferencia en el pase ms largo, para las mismascondiciones de combustin y tipo de llama). Pero, en la prctica,por lo general se d que cuanto ms pases de gases tengauna caldera, mejor ser el aprovechamiento del calor delcombustible (lea en este caso).

Aqu debemos hacer la acotacin, que la forma del hogar decombustin, juega un papel muy importante en elaprovechamiento del calor de la lea, no slo en lograr unacombustin completa, sino en que si ese hogar tienecapacidad de absorber calor (caso de la capilla de laquema directa que puede absorber entre un 40% a un 60%del calor, en el caso del gasgeno, dado su tamao relativo y aque se hace una combustin parcial, hay poca superficie detransferencia y una llama de muy baja temperatura, por lo cualpor lo general el gasgeno absorbe entre un 10% a un 15%del calor total).

En general, las calderas humo-tubulares se utilizan en lafranja de bajas presiones (por lo general no ms de 20 kg./cm2,



ya que el material de hogar y la envuelta estaran sometidos aesfuerzos muy grandes, lo cual el espesor del material pasa ahacer una limitante, por su costo, peso y peligro de explosin ocolapso del hogar (aunque este se mejora por medio de corrugaso refuerzos soldados del lado del agua, siendo limitado el espesordel tubo del hogar a un problema de transferencia trmica, ya quesi pasa de determinado espesor, el material del lado del fuego nose podra enfriar a la temperatura mxima admisible.

Como se ve en las figuras anteriores la caldera de 1 pase sisu largo o trayecto que recorre los gases fuera tan largo como eltrayecto que recorre la caldera de 4 pases, la transferencia decalor se podra suponer que son iguales, pero en la prctica se dque por lo general cuanto ms pases tenga la caldera, la mismatiene mejor aprovechamiento del calor (mejor Eficiencia oRendimiento de Combustin y Transferencia).

CALDERAS VERTICALES (HUMO-TUBULARES)Si consideramos las calderas verticales, en este caso

por lo general sern de 1 pase (un pase de hogar por lo generalmuy corto y un pase de tubos, aunque antiguamente eran



prcticamente solo un hogar cilndrico vertical con algunos tubosde gran dimetro que atravesaban el hogar en forma inclinada,para dejar caer los barros, ya que reciban el calor de la llamadel hogar y podran quemarse por falta de enfriamiento al taparsecon barros), ya que el hogar y los tubos tienen la mismadireccin (aunque hay calderas verticales de ms de un pase,pero no son muy comunes). Veamos un esquema para lacombustin de lea (de un pase) quemando en el hogar de lacaldera, y evaluemos su comportamiento en general.

En las calderas a verticales a lea, por lo general de bajaproduccin de vapor (quizs el comn sea hasta unos 1.000Kg./hora) tienen su ventaja y su contra.



Su primera ventaja por lo general es el costo inicial de lacaldera (de menor costo) y su gran facilidad de instalacin (porlo general solo requieren un piso plano que soporte su peso y unasalida para la chimenea en el techo).

Su primera desventaja es el bajo rendimiento oaprovechamiento del calor. Al ser de un solo pase (limitado enel trayecto de los gases), al ser verticales de un solo pase el tirode chimenea es muy pronunciado (aunque se puede regularperfectamente), el tiempo de residencia de los gases en lacaldera es muy bajo, con lo que la transferencia de calor esbaja y la temperatura de los humos a la salida de la calderaes alta (en dos calderas cuya temperatura de chimenea seandiferentes en las mismas condiciones de combustin ycombustible, la caldera de menor temperatura en los gases dechimenea tiene mejor aprovechamiento del calor -mayorRendimiento-porque el calor perdido por la chimenea esdirectamente proporcional a la temperatura de los gases).

En el caso de la lea, las calderas verticales de un solopase, por lo general, dan menos de 4 kilos de vapor por kilode lea seca (con 25% H.b.h., y prximo a los 3 kg/kg. lea en lamayora de los casos, por la prdida que explicaremos acontinuacin).

Pero hay una prdida que no la tienen en cuenta, es quelos tubos estn tan sobre encima de la combustin quesuccionan la llama (la llama son los gases combustibles de ladescomposicin de la lea por el calor, gases orgnicos en distintaetapa de transformacin, entre ellos el CO), como hemos dicho,la llama al entrar en el interior de los tubos, se apaga yaparece una prdida muy importante por gases noquemados (que se pueden medir en la chimenea, pero no seobservan porque, dado que los gases de lea no dan humo comoel F. Ol, lo mismo pasa con el gas natural y de garrafa).

Esta prdida por gases no quemados en algunosmomentos puede ser muy importante (cuando la calderafunciona en cargas altas, cuando tiene mucha lea en hogar,cuando la humedad de la lea es alta, cuando se trabaja con pocoexceso de aire, etc.). Decamos que por cada 1% de monxidode carbono (CO) en chimenea se perda entre un 5% a un 7%de la lea, pero adems la caldera se achica (esto se debe a



que la llama pierde temperatura en el hogar por lo que transmitemenos el calor, la lea ocupa gran parte del hogar que deja deabsorber calor al tapar, ensuciar, las superficies detransferencia, la caldera se ensucia rpidamente lo que hace quela temperatura de chimenea suba y se pierda ms calor, etc.).

El otro problema que se debe contemplar, es que si la calderavertical es de placa seca (la placa superior est en la cmarade vapor, con parte de los tubos sin ser refrigerados por el aguade la caldera) hay grandes posibilidades de aflojamientos yfisuras de tubos, y fisuras de la placa entre agujeros detubos. Este problema ocurre, por lo general, en el momento depuesta en marcha. Al no haber vapor en la cmara de vapor querefrigere la placa y los tubos, en el momento de que est la calderafra y se pone en marcha, como hay un gran tiraje, si no setiene la precaucin de hacer una combustin lenta (suave,tomndose un tiempo para el precalentamiento de la caldera enbaja combustin) la temperatura de los humos es muy alta yproduce el recalentamiento de los mandrilados (y soldadura)de los tubos sobre la placa, provocando una fatiga trmicao recalentamiento que permite que el metal se queme o seablande, lo que produce el aflojamiento de los tubos o sufisura (no olvidar que al calentarse la caldera hay diferencias detemperaturas que provocan que las dilataciones hagan grandesesfuerzos entre las placas, tubos y envuelta, hay una simplefisura por esfuerzo o una fatiga de esfuerzos cclicos que terminaen fisura).

Otra desventaja, es que el tratamiento de agua debe ser detal manera que no haya barros de precipitacin interna,ya que estos barros caen en parte sobre la placa inferior, queest sometida directamente al calor de la llama, lo quepuede traer problemas de enfriamiento de la misma (estosbarros son muy difciles de extraer, ya que la placa esta horizontaly tiene los tubos verticales, que hacen difcil que los barros bajena la pollera lateral, para ser sacados por las purgas de fondo.Conviene que haya

manual de foguista

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