CONCEPTOS BÁSICOS DE SEGURIDAD EN CALDERAS

Introducción

La madrugada del el sábado 26 de agosto del año en curso, recibí una llamada inesperada, la persona del otro lado de la línea me buscaba para hacer un dictamen sobre la explosión de una caldera ocurrido en un hotel, la urgencia era mucha y rápidamente nos pusimos de acuerdo en el precio, así que puse manos a la obra y me desplace al lugar del evento.

Las imágenes que observe al llegar eran dantescas, parecía que una bomba había estallado en el lugar, un edificio de construcción maciza en dos niveles colapsado en más de 50 %, edificios continuos con daños en muros y revestimientos, una casa habitación colindante con su parte posterior hecha pedazos, la caldera se había desplazado de su emplazamiento original, casi 15 metros, haciendo pedazos 4 muros de block, en fin la situación era crítica pues la otra parte del edificio estaba por colapsarse en cualquier momento.

Después de identificar indicios, fotografías, entrevistas, inspección de espejos, válvulas de seguridad, hogar interno, sistema de tiro de gases, revisión de bitácoras de mantenimiento, etc. Pude llegar a dos hipótesis fuertes, la cuales invariablemente me hacían pensar en un error humano en combinación con la falta de mantenimiento a los dispositivos de regulación y alivio de presión, al final la hipótesis que prevaleció involucro negligencia del fogonero y falta de mantenimiento del equipo.

La caldera en cuestión era pequeña < 50 CC y de alta presión (100 PSI), y el daño que causo fue muy grande, por lo que me puse a pensar en tantas empresas que conozco que tiene calderas de 200CC a 800 CC y que no tienen buenas medidas de mantenimiento y control, el daño que podría generar uno de estos equipos podría hacer desaparecer a más de una de ellas.

Con la finalidad de conocer y prevenir estos eventos, decidí tocar el tema en este foro, esperando se de utilidad para quien lo lea, nuevamente les comentó que esto lo trato de hacer de la forma más sencilla y sin tantos tecnicismos de la materia, de forma tal que pueda ser utilidad para los profesionales que inician en la seguridad industrial.


¿Que es una caldera?

Se conoce como caldera de vapor a aquella unidad en la cual se puede cambiar el estado del fluido de trabajo (agua) de líquido a vapor de agua, en un proceso a presión constante y controlado, mediante la transferencia de calor de un combustible que es quemado en una cámara conocida como "hogar". En algunos casos se puede llevar hasta un estado de vapor sobrecalentado.

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria.


¿Cuantos tipos hay y como la puedo identificar?

Los tipos de calderas pueden ser clasificados de varias formas:
Tipo constructivo
Régimen de presión
Por combustible utilizado
Por volumen de agua
Por ubicación de hogar
Calderas combinadas
Incluso por fabricantes (Caldera Babcock-Wilcox, Calderas Stirling, Caldera Borsig, Caldera Yarrow y Thornycroft) quienes hacen diseños específicos característicos en sus calderas.

Sin embargo para efectos de hacer una identificación sencilla y que no requiera ser un ingeniero especialista en el ramos, usaremos la primer opción, que es el tipo constructivo , según el cual hay dos tipos generales de calderas generadoras de vapor:

- La caldera de tubos de humo
- La caldera de tubos de agua.

La caldera piro tubular o tubos de humo

El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor.
La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de humos.
El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cámara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de conexión. En cuanto al acceso, al lado agua se efectúa a través de la boca de hombre, situada en la bisectriz superior del cuerpo y con tubuladuras de gran diámetro en la bisectriz inferior y placa posterior para facilitar la limpieza de posible acumulación de lodos.
El conjunto completo, calorífugado y con sus accesorios, se asienta sobre un soporte deslizante y bancada de sólida y firme construcción suministrándose como unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar las conexiones a instalación.
En resumen: Es un recipiente cilíndrico que tienen tubos que pasan a lo largo de ellos y que se rolan a los cabezales del recipiente; el haz de tubos, generalmente es horizontal y la parte superior del recipiente no tiene tubos. El principal mecanismo de la transferencia de calor de los gases de combustión a los tubos es convección.
Usos
Esta es la caldera de uso más común, al menos en México, esto se debe a que su mantenimiento es menos complejo que las acutubulares, es más barato, requiere menor tiempo, su emplazamiento requiere menos espació y su reposición de refacciones es en menor tiempo. Regularmente se encuentran en industrias que no requieren una alta calidad de vapor para sus procesos y presiones de 90PSI a 120 PSI.



La caldera acuatubualr o tubos de agua.
En estas calderas, los tubos longitudinales interiores se emplean para aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja.
La producción del vapor de agua depende de la correspondencia que exista entre dos de las características fundamentales del estado gaseoso, que son la presión y la temperatura.
A cualquier temperatura, por baja que esta sea, se puede vaporizar agua, con tal que se disminuya convenientemente la presión a que se encuentre sometido dicho líquido, y también a cualquier presión puede ser vaporizada el agua, con tal que se aumente convenientemente su temperatura.

En resumen: Las calderas de tubos de agua, como lo indica su nombre tienen agua dentro de los tubos. La combustión de carbón pulverizado y coque, gas o petróleo proveen la radiación para los tubos, además de transferencia de calor que se efectúa mediante arreglo del flujo de gases calientes para lograr transferencia de calor por convección. Hay tres clasificaciones importantes de calderas de tubos de agua: tambor longitudinal, tambor cruzado con tubos rectos y tambor cruzado con tubos encorvados.

Usos
Es común ver estas calderas donde se requiere una alta calidad de vapor en los procesos productivos, cuando existen altas demandas de vapor o presiones altas de vapor, por ejemplo el proceso como la fabricación de papel o cartón donde el proceso productivo depende de la cantidad y calidad del vapor, es común encontrar estas calderas. Así mismo en las plantas donde existen cogeneración eléctrica por turbo generadores, estas calderas son muy usadas.

¿Tipos de explosiones en calderas?

Con la finalidad de simplificar, se pueden considerar dos tipos:

Explosiones de mecánicas, derivadas de los efectos de sobre presión, como consecuencia de falla de agua, falla de presostatos o falla en dispositivos de alivio de presión.

Explosión química, esta es la más común y tiene su origen en la explosión de gases combustible en el hogar (coloquialmente llamados toritos), regularmente se deben a fallas de los sistemas de barrido de gases o falla en los dispositivos de regulación combustible.



¿Por que ocurren accidentes en las calderas?

De acuerdo a lo revisado en la base de datos de la AIS, Inc. de 150 accidentes relacionados con calderas, todos coinciden con que la causa raíz es la falta de mantenimiento.

Siendo más específicos, la razón a la que se atribuyen la mayoría de los accidentes ocurre cuando el quemador continúa operando después de que el nivel de agua de la caldera decae mucho más del mínimo nivel de operación.

Las investigaciones revelaron que los dispositivos de seguridad automáticos para cortar el suministro de energía no funcionaban correctamente o habían sido deshabilitados por el personal de mantenimiento.


Regulación en México

En México la autoridad que regula estos equipos es la Secretaría de Trabajo y Previsión Social, la cual ha emitido la NOM-020-STPS-2002 “ Recipientes sujetos a presión y calderas - funcionamiento - Condiciones de seguridad”, en la cual se pude obtener mayor información.



Recomendaciones generales

Generar un programa de inspección y mantenimiento a los dispositivos de seguridad de los equipos, tales como presostatos, termostatos, válvulas de seguridad, sensores en Macdonall, columna de nivel, flotadores y electrodos,

El sistemas de alarma se recomienda sea audio visual y tengan un sonido de 15 decibles superior al nivel de ruido promedio del área de emplazamiento.

Los equipos a presión se deberán reparar o instalar en lugares donde los riesgos a que se expone el personal de la instalación sean mínimos.

Prueba de válvulas se seguridad conforme a lo recomendado por el fabricante, evitado que estas se calcen por efectos de zinc y calcio.

Mantener un control continuo de la calidad de agua de alimentación de la caldera, así como de los tratamientos químicos que se agregan.

Mantener al día los expedientes de integridad mecánica de cada equipo.

Los equipos a presión se deben inspeccionar, por lo menos con la periodicidad indicada por los fabricantes o los establecido en la NOM-020-STPS

Todas las herramientas y equipos de seguridad necesarios para la inspección deberán ser revisados, calibrados y estar en buenas condiciones, antes de iniciar cualquier prueba de presión.

Se debe revisar que se cuente con un registro de las inspecciones y pruebas realizadas a los equipos a presión.


Corroborar que durante las inspecciones internas, externas, medidas de espesor, reparaciones y alteraciones por soldadura se halla cumplido con lo indicado en el API 510.

Se deberá verificar que la descarga de la válvula de seguridad se de en un lugar seguro.

Contar con los registros de prueba de intervalos y frecuencias de los dispositivos de alivio de presión de los equipos a presión.

Realizar las pruebas de corrosión indicadas por el código ASME para estimar el espesor de las paredes de los equipos.


Autor


Ing. Miguel Herrera Reyes
Perito en investigación de incendios y explosiones
AMECIPE

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