Introducción

Las calderas industriales son equipos esenciales en innumerables procesos estratégicos como en la generación de energía, la refinación de petróleo, la industria química y la manufactura, entre otros. Su capacidad para producir vapor y transferir calor de manera eficiente las convierte en equipos fundamental para la operación continua de plantas industriales, donde cualquier falla o pérdida de rendimiento puede traducirse en costosas interrupciones y riesgos operativos.

Para mantener su eficiencia y garantizar un funcionamiento seguro y fiable, es imprescindible un mantenimiento de caldera riguroso, y dentro de este, la limpieza juega un papel relevante, ya que la acumulación de incrustaciones, residuos y depósitos pueden reducir la transferencia de calor, aumentar el consumo de combustible y provocar daños estructurales que comprometan su integridad.

¿Qué es una caldera industrial?

Es un equipo térmico diseñado para generar vapor o calentar un fluido mediante la transferencia de calor proveniente de la quema de un combustible o de otra fuente energética. Este vapor o fluido caliente es utilizado en una amplia variedad de procesos industriales, como la generación de energía, la calefacción, la producción de productos químicos, la refinación de petróleo y la manufactura de materiales.

Tipos de calderas industriales

Se clasifican según su diseño y principio de funcionamiento en los siguientes tipos principales:

Calderas pirotubulares (o de tubos de humo): En este tipo, los gases de combustión circulan dentro de los tubos que están sumergidos en agua. Son ideales para aplicaciones de baja y media presión y se caracterizan por su diseño compacto y facilidad de operación.
Calderas acuotubulares (o de tubos de agua): En estos equipos el agua circula por los tubos, mientras los gases calientes rodean el exterior de los mismos. Se utilizan en aplicaciones de alta presión y alto rendimiento y por ser más eficientes permiten generan grandes volúmenes de vapor.
Calderas eléctricas: Utilizan resistencias eléctricas en lugar de combustibles fósiles para generar calor. Son más limpias, silenciosas y de menor mantenimiento y se emplean en industrias donde se requiere un control preciso de la temperatura.
Calderas de recuperación de calor: Aprovechan los gases de escape de otros procesos industriales para generar vapor sin necesidad de combustión adicional. Se utilizan en plantas de cogeneración y generación combinada de calor y electricidad.

Importancia de la limpieza en calderas industriales

La limpieza periódica de las calderas es esencial para garantizar su eficiencia, seguridad y durabilidad. La acumulación de incrustaciones, sedimentos y residuos de combustión reduce la transferencia de calor, aumentando el consumo de combustible y disminuyendo la presión y temperatura del vapor. Además, la presencia de residuos corrosivos acelera el desgaste y puede provocar fallas prematuras.

Los mayores beneficios son:

Optimización del rendimiento y ahorro energético: Eliminar depósitos y residuos mejora la transferencia térmica, permitiendo un funcionamiento eficiente y reduciendo el consumo energético hasta en un 15%. Esto disminuye costos operativos y optimiza el uso de combustible.
Prevención de fallas y costos de reparación: Las impurezas pueden generar sobrecalentamiento de tubos, corrosión interna y obstrucción de conductos, afectando la integridad estructural de la caldera. Una limpieza adecuada previene daños graves y evita reparaciones costosas.
Seguridad operativa y cumplimiento normativo: Los residuos acumulados pueden causar explosiones, sobrepresión y emisiones peligrosas. Mantener las calderas limpias minimiza estos riesgos y asegura el cumplimiento de normativas y regulaciones internacionales y regionales
Reducción del impacto ambiental: Una caldera sucia emite más contaminantes, como óxidos de nitrógeno (NOx) y monóxido de carbono (CO), contribuyendo al calentamiento global. La limpieza mejora la combustión y disminuye la huella ambiental.
Mayor disponibilidad y productividad: Una caldera en óptimas condiciones reduce paradas no programadas y asegura la continuidad de los procesos industriales, mejorando la confiabilidad del sistema y reduciendo pérdidas económicas.

Tipos de suciedad y residuos en las calderas

Dependiendo de la fuente de contaminación, los residuos que se encuentran en las calderas pueden clasificarse en:

Depósitos de combustión: Residuos de hollín, coquificación y cenizas que se generan durante la combustión.
Incrustaciones minerales: Depósitos de carbonatos y sulfatos de calcio provenientes del agua de alimentación.
Corrosión y oxidación: Generada por la exposición prolongada a altas temperaturas y la presencia de oxígeno disuelto en el agua.
Suciedad ambiental y biológica: Incluye polvo, grasa y microorganismos que pueden acumularse en el exterior y en las tuberías de las calderas.

Métodos de limpieza de calderas industriales

Existen diversos métodos de limpieza de calderas industriales para el mantenimiento de calderas, cada uno adecuado para diferentes necesidades y tipos de residuos. A continuación, se describen los principales:

Limpieza mecánica

Este método utiliza herramientas como cepillos, raspadores y dispositivos rotativos para eliminar residuos adheridos en las superficies internas de la caldera. Se emplea principalmente en calderas industriales con incrustaciones sólidas y acumulaciones de carbonilla.

Ventajas:

Efectivo contra residuos duros.
No requiere el uso de productos químicos agresivos.
Bajo costo operativo.
Existen diferentes tipos de dispositivos que permiten la limpiezas interna o externa de los tubos

Limpieza con agua a presión (hidrolavado)

Es una técnica de limpieza que utiliza agua a alta presión para eliminar incrustaciones, depósitos minerales y residuos acumulados en los tubos de calderas industriales. Dependiendo del nivel de suciedad y del diseño de la caldera, se emplean boquillas especializadas y bombas de alta presión que pueden alcanzar hasta 40.000 psi.

Ventajas:

Eficiencia en la limpieza: Elimina depósitos de manera rápida y efectiva sin desmontar los tubos.
No daña la estructura: A diferencia de métodos abrasivos, no desgasta el material del tubo.
Proceso ecológico: No utiliza químicos agresivos, reduciendo el impacto ambiental.
Según el tipo de equipos se puede realizar limpiezas internas y externas a los tubos.

Granallado de caldera (sandblasting)

El granallado, también conocido como sandblasting, es un proceso en el que se proyectan partículas abrasivas (arena, óxido de aluminio o microesferas de vidrio) a alta velocidad para eliminar incrustaciones y corrosión.

Ventajas:

Ideal para eliminar óxido y residuos duros en el exterior de los tubos.
Realiza limpieza muy profunda.

Proceso de granallado en calderas industriales — Figura 1. Proceso de granallado.

Limpieza química

Este método utiliza soluciones químicas para disolver incrustaciones y sedimentos acumulados en las superficies internas de los tubos. Existen opciones ecológicas que reducen el impacto ambiental.

Ventajas:

Accede a áreas difíciles de alcanzar por otros métodos.
Elimina residuos sin necesidad de desmontaje.
Eficaz contra acumulaciones minerales.

Limpieza criogénica (CO₂ sólido o hielo seco)

Es un método semejante al granallado de caldera. Emplea partículas de hielo seco proyectadas a alta velocidad para eliminar residuos sin generar suciedades secundarias.

Ventajas:

No daña las superficies metálicas.
No deja residuos adicionales.
Respetuosa con el medio ambiente.

Sopladores de hollín

Utilizan chorros de vapor o aire comprimido para desprender y expulsar los residuos adheridos superficies externa de los tubos de caldera. Este sistema se instala normalmente fijo en los economizadores y sobrecalentadores de las calderas y se utilizan de forma manual o automatizado.

Existen tres tipos: De lanza fija, de aire o vapor rotativos y de impacto o golpe.

Ventajas:

Reducen el consumo de combustible.
Se puede mantener una limpieza frecuente en el economizados y sobrecalentedores.
Aumentan la vida útil de la caldera al evitar acumulaciones corrosivas.

Limpieza con ultrasonidos

Este método utiliza ondas ultrasónicas que provocan cavitación de las moléculas removiendo las impurezas y residuos adheridos en las superficies internas y externa de los tubos de la caldera. El proceso consiste en colocar transductores de ultrasonido en contacto con los tubos que serán limpiados para que se produzca la cavitación.

Ventajas:

Penetra en áreas de difícil acceso.
No requiere desmontaje completo.
No daña las superficies metálicas.

Limpieza acústica

Eliminan cenizas, hollín y otras partículas adheridas de las superficies externa de los tubos utilizando choque con ondas acústicas. Es un sistema automático que utilizas varios dispositivos emisores de onda acústica que funciona con la caldera en servicio y es un buen sustituto con ventajas de los sopladores de hollín.

Ventajas:

Son más eficientes energéticamente.
Se utiliza con la caldera en servicio.
Se instala fijo en la caldera para limpiezas frecuentes.
No producen erosión.
Como opera con la caldera en servicio ahorran costos de instalaciones y paradas del equipo.

Aplicación de los métodos de limpieza en cada tipo de caldera

A continuación, se presentan las principales técnicas o métodos de limpieza interna y externa de tubos para cada tipo de caldera industrial:

Calderas pirotubulares

Limpieza interna: La acumulación de hollín, residuos de combustión y depósitos minerales en los tubos y en la cámara de agua puede afectar el rendimiento. Las técnicas más utilizadas incluyen: Limpieza mecánica con cepillos rotativos y limpieza con agua a presión (hidrolavado).
Limpieza externa: La superficie externa de la caldera puede acumular polvo, aceites y residuos industriales, lo que puede afectar la disipación de calor y la integridad estructural. Se emplean métodos como limpieza con agua a presión (hidrolavado).

Calderas acuotubulares

Limpieza interna: Dado que el agua circula por los tubos, la acumulación de sarro, óxidos y residuos puede afectar la transferencia de calor y la seguridad de la caldera. Las técnicas más comunes incluyen hidrolavado a alta presión, limpieza mecánica con cepillos rotativos, limpieza química con ácidos desincrustantes y limpieza con ultrasonido.
Limpieza externa: La limpieza externa se enfoca en remover residuos de combustión y polvo ambiental utilizando granallado o sandblasting , chorro a presión, limpieza acústica, hidrolavado, limpieza mecánica y sopladores de hollín.

Calderas eléctricas

Limpieza interna: Las calderas eléctricas no generan hollín ni residuos de combustión, pero pueden presentar acumulación de minerales en el sistema de conducción de agua y resistencias térmicas. Se utilizan técnicas como desincrustación química con productos no corrosivos y limpieza con productos biodegradables para eliminar depósitos minerales sin afectar los componentes eléctricos.

¿Cuándo y con qué frecuencia debe realizarse la limpieza de las calderas?

La periodicidad de la limpieza de caldera depende de varios factores, como el tipo de combustible utilizado, la calidad del agua y las condiciones operativas. En general, se recomienda:

Limpieza rutinaria: Cada 3 a 6 meses para eliminar residuos superficiales.
Limpieza profunda: Al menos una vez al año para eliminar incrustaciones y mejorar la eficiencia.
Limpieza correctiva: Siempre que se detecten obstrucciones o pérdidas de eficiencia en la transferencia de calor.

Conclusión

El mantenimiento de calderas industriales es una práctica fundamental para garantizar su funcionamiento óptimo y seguro. La selección del método de limpieza de caldera adecuado dependerá del tipo de residuo, la configuración de la caldera y los requisitos ambientales.

Implementar un programa de mantenimiento preventivo y predictivo con tecnologías avanzadas permitirá reducir costos, mejorar la eficiencia y asegurar la continuidad operativa de la industria.

Referencias

https://smaltda.com/limpieza-agua-alta-presion/
https://watex.com/water-jetting-pipe/
https://umesal.com/en-que-consiste-el-granallado/
https://reinva.es/productos-vapor-y-combustion/limpieza-acustica-de-calderas-y-equipos/