Edición Especial ESPOLCiencia 2003
CAUSAS DE FALLAS EN CALDERAS
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Wilson Chávez B.; 2Cecilia Paredes V.; 3José Pacheco
Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción, [email protected] 2 Ph.D. Ing. Mecánica, Profesora FIMCP-ESPOL, [email protected] 3 M.Sc. Ing. Mecánico, Profesor FIMCP-ESPOL, [email protected] Área de Materiales y Procesos deTransformación. RESUMEN
El presente trabajo está dirigido al estudio de los principales tipos de fallas que se encuentran en las calderas, las cuales son utilizadas en la mayoría de industrias del país. Los principales tipos de fallas que se van a analizar en este trabajo son las causadas por sobrecalentamiento y corrosión, mostrando en cada caso evidencias fotográficas de este tipo de fallas.Dentro de las fallas por sobrecalentamiento se analizarán las causadas por larga duración, debido principalmente a las incrustaciones en los tubos de calderas y las de corta duración, causadas por operaciones indebidas. Las fallas causadas por corrosión se estudiarán los efectos de la composición del agua y del combustible en los tubos de calderas. Se analizará además la corrosión bajo esfuerzos (SCC)y como la fatiga de los materiales contribuye a la formación de los diferentes productos de corrosión encontrados en calderas. Por último se analizarán las fallas causadas por fragilización de los materiales, debido a daños causados por presencia de hidrógeno y por grafitización. En cada uno de los casos mencionados anteriormente, se analizará las características de este tipo de fallas, la formacomo se produce y formas de eliminarlas. INTRODUCCIÓN Reseña Histórica Uno de los problemas serios que tuvieron los ingenieros al final del siglo 19 era la explosión de las calderas. El calentamiento del agua para producir vapor y que esta energía sea convertida en energía para maquinaria de poder, contribuyó enormemente a la revolución en la producción en dicho siglo. Construida para soportaraltas presiones, se realizaron diversos tipos de recipientes y estos poseían una incontrolada presurización del vapor, llevaron a que sean hechas de acero. Para querer una relajación de esfuerzos en los materiales, seguridad en las mismas y apropiados recipientes, las calderas eran controladas diariamente en tierra y en mar para evitar explosiones con terribles consecuencias, para evitar esto, secreó el código ASME para calderas y recipientes a presión publicado por primera vez en 1915. CAUSAS CARACTERÍSTICAS FALLAS EN EQUIPOS DE VAPOR DE
Las calderas y otros tipos de equipos de plantas de vapor están sujetos a una variedad de fallas que envuelven uno o más mecanismos severos. Los más prominentes de estos mecanismos son la corrosión, la cual incluye también a la erosión; los procesosmecánico ambientales, incluyendo a la corrosión bajo esfuerzo y daños por hidrógeno; fracturas, incluyendo fractura por fatiga, fractura por fatiga térmica y ruptura por esfuerzos; y distorsión,
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Revista Tecnológica. Vol. 17, No. 1. Junio 2004
especialmente la distorsión que envuelve la expansión térmica o creep. Clasificación de las causas Estas pueden generalmenteclasificarse como defectos de diseño, defectos de fabricación, operaciones indebidas y un inadecuado tratamiento del agua. La mayoría de las fallas en generadores de vapor ocurren en componentes presurizados, que son las tuberías y recipientes a presión que constituyen una buena porción del sistema de generación de vapor. Con pocas excepciones, las fallas en los componentes presurizados estánconfinadas relativamente a componentes de pequeño diámetro utilizados para la transferencia de calor en los calderos. FALLAS QUE INVOLUCRAN RUPTURA SÚBITA DE TUBERÍAS En el diseño de las calderas, el calor suministrado por la combustión del combustible esta balanceado por la formación de vapor en el horno y el calentamiento del vapor en los supercalentadores. El flujo de calor que se da en los tubos…
