Termodinámica

Leyes Fundamentales

Ley Cero

Establece que si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, también están en equilibrio térmico entre sí. Define la temperatura como una propiedad común en el equilibrio.

Ley Uno (Conservación de la Energía)

El calor absorbido por un sistema es igual al aumento de su energía interna más el trabajo realizado por el sistema.

Ley Dos

El calor fluye espontáneamente de un cuerpo caliente a uno frío, y para que fluya en sentido contrario se requiere trabajo externo.

Ley Tres

Es imposible alcanzar el cero absoluto de temperatura en un número finito de pasos. La entropía de un sistema perfectamente cristalino en el cero absoluto es cero.

Conceptos Clave

Calor: Energía transferida debido a una diferencia de temperatura.

Conducción: Transferencia de calor a través de un material sin movimiento macroscópico de materia (sólidos).

Convección: Transferencia de calor debido al movimiento de un fluido (líquidos y gases).

Convección Forzada: El fluido es obligado a moverse mediante medios externos (ventiladores, bombas).

Radiación: Transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas (gases).

Calor Específico: Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 kg de una sustancia en 1°C.

Calor Latente: Calor absorbido o liberado durante un cambio de fase sin cambio de temperatura.

Calor Sensible: Calor absorbido o liberado que produce un cambio de temperatura.

Presión de Vapor: Presión parcial ejercida por el vapor de un líquido en equilibrio con su fase líquida.

Ciclos Termodinámicos

Rankine: Ciclo de potencia que convierte calor en trabajo mediante un fluido de trabajo (agua/vapor).

Hirn: Ciclo de Rankine con sobrecalentamiento del vapor para aumentar la eficiencia.

Propiedades Termodinámicas

Entalpía: Contenido de calor de un sistema a presión constante.

Entropía: Medida del desorden o aleatoriedad de un sistema.

Isoentropía: Proceso termodinámico en el que la entropía permanece constante.

Proceso Adiabático: Proceso termodinámico sin intercambio de calor con el entorno.

Calderas de Vapor

Definición y Función

Una caldera es una máquina que produce vapor de agua a alta presión y temperatura mediante la transferencia de calor de un combustible al agua.

Vapor: Estado gaseoso del agua a alta temperatura y presión.

Normativas de Seguridad para Calderas

Ámbito de Aplicación

El reglamento establece requisitos de seguridad para calderas, autoclaves y equipos que utilizan vapor de agua para proteger la salud y evitar daños.

Se aplica a:

• Calderas de vapor, calefacción y fluidos térmicos (fijas o móviles).
• Autoclaves y equipos que trabajan con vapor a presión ≥ 0.5 kg/cm2.
• Redes de distribución de vapor.

No se aplica a calderas en locomotoras, embarcaciones o calderas de agua caliente de uso domiciliario individual.

Definiciones

El reglamento define términos clave como autoclave, caldera, presión de diseño, presión de trabajo, etc.

Registro de Calderas y Autoclaves

Todas las calderas y autoclaves deben registrarse ante la autoridad sanitaria, proporcionando información detallada sobre el equipo y su instalación.

Condiciones Generales de Instalación y Seguridad

La sala de calderas debe ser exclusiva, no estar ubicada sobre o bajo viviendas o lugares de trabajo, y cumplir con las normas de seguridad y construcción.

Suministro de Agua de Alimentación

El suministro de agua debe ser continuo y seguro, con un estanque de alimentación y sistemas de retención y control.

Accesorios de Observación, Seguridad y Control Automático

Calderas de Vapor

• Observación: Indicadores de nivel de agua, manómetros, medidor de temperatura de gases.
• Seguridad: Válvula de seguridad, alarma, sellos de alivio, tapón fusible.
• Control: Controladores de nivel, detectores de llama, presostatos.

Autoclaves

• Observación: Manómetros, medidor de temperatura, indicador de nivel (opcional para autoclaves de sobremesa).
• Seguridad: Válvula de seguridad.
• Control: Presostatos, termostatos.

Equipos que Utilizan Vapor

• Observación: Manómetros.
• Seguridad: Válvula de seguridad.

Indicadores de Nivel de Agua

Las calderas deben tener al menos dos indicadores de nivel independientes, uno de observación directa y otro con grifos de prueba.

Manómetros

Deben medir la presión efectiva, tener capacidad para 1.5 veces la presión máxima de trabajo, y estar conectados directamente al cuerpo de presión.

Válvulas de Seguridad

Deben evacuar vapor automáticamente si la presión supera el 10% de la presión máxima de trabajo, y estar graduadas y selladas para evitar alteraciones.

Tapón Fusible Térmico

Calderas de combustible sólido con volumen de agua superior a 150 litros/m2 de superficie de calefacción deben tener un tapón fusible para proteger contra bajo nivel de agua.

Sistema de Alarma

Las calderas deben tener una alarma audible y visible que se active cuando el nivel de agua sea bajo o la presión supere la máxima de trabajo.

Detector de Llama

Calderas de combustibles líquidos o gaseosos deben tener detectores de llama para detener el quemador en caso de pérdida de llama.

Presostato

Las calderas y autoclaves deben tener presostatos para controlar la presión y detener el quemador si la presión supera la máxima de trabajo.

Revisiones y Pruebas de Seguridad

Generalidades

Las calderas, autoclaves y equipos que utilizan vapor deben someterse a revisiones y pruebas periódicas para garantizar su seguridad.

Revisiones Interna y Externa

Se realiza una inspección visual y física completa del equipo, incluyendo limpieza, desincrustación y reparación si es necesario.

Prueba Hidrostática

Se llena el cuerpo de presión con agua y se aplica una presión de 1.5 veces la presión máxima de trabajo para verificar la integridad estructural.

Prueba de la Válvula de Seguridad

Se verifica que la válvula de seguridad se abra a la presión correcta y evacue el vapor de manera segura.

Prueba de Acumulación de Vapor

Se verifica que la válvula de seguridad pueda evacuar el vapor generado a máxima capacidad sin que la presión supere el límite permitido.

Revisión de la Red de Distribución

Se inspecciona el estado de la red de vapor, incluyendo aislamiento, válvulas, bombas, trampas de vapor y otros componentes.

Pruebas Especiales

Se pueden realizar pruebas adicionales según las características del equipo o las normas aplicables.

Este documento proporciona una guía general sobre calderas de vapor, termodinámica y normativas de seguridad. Es importante consultar las normas y reglamentos específicos aplicables en su región y contar con la asistencia de profesionales calificados para la instalación, operación y mantenimiento de calderas de vapor.