Estas calderas en particular tienen una toma de aire exterior conductada, luego un espacio sin conductar dentro de la carcasa de la caldera y entonces viene el ventilador de aire forzado que mueve el aire hacia la cámara de combustión. Cuando las tapas están colocadas, el espacio entre el conducto y el ventilador es tapado por la carcasa de la caldera. Es decir, las tapas forman el “conducto”. Cuando las tapas no están, el espacio está abierto a la sala de maquinas, y el conducto de aire exterior se vuelve inútil.

Las calderas habían estado operando por un largo periodo de tiempo sin sus cubiertas superiores. Debido a que no se puede esperar en forma razonable que los tres chillers de media presión existentes estén perfectamente sin ninguna perdida, pequeñas cantidades de refrigerante fugado puede esperarse que entren a la cámara de combustión de las calderas. Peor aún seria si alguno de los chillers sufrió de alguna falla o rotura que signifique una fuga de gran cantidad de refrigerante.

Ahora, ¿Qué pasaría si el refrigerante entra a una cámara de combustión? Como miembro por 12 años del comité SSPC 15, aprendí que no hay ningún asunto relativo a la inflamabilidad del refrigerante de por sí. La mayoría de los refrigerantes usados para propósitos de confort en edificios comerciales, incluyendo el R-134a usado en este caso, no son inflamables. La exposición del refrigerante a una llama genera productos que pueden ser excepcionalmente corrosivos para los componentes de la caldera y los humeros aguas abajo de la llama.

El Data Sheet de Seguridad de Materiales para el refrigerante R-134a² establece que los productos generados por exposición a una llama abierta pueden ser fluoruro de hidrogeno (HF), fluoruro de carbonilo (COF₂) y acido fluorhídrico (solución del HF en agua). Estos químicos son excepcionalmente corrosivos incluso para aceros inoxidables y selladores o juntas de silicona y butilo. En casos extremos, incluso gas fosgeno puede ser formado. Esto es el porqué el Estándar 15 prohíbe llamas abiertas en salas que contienen chillers u otros productos con refrigerante.

De acuerdo al Código Mecánico Internacional (CMI)³, hay dos excepciones para permitir que chillers y calderas coexistan en el mismo lugar: si la caldera usa aire de combustión conductada desde fuera de la sala de maquinas y, al mismo tiempo, está sellada de tal manera de que evite que cualquier fuga de refrigerante alcance la cámara de combustión; o si el proceso de combustión es automáticamente apagado al detectar refrigerante. En esta instalación, no había apagado automático, pero el aire de combustión esta conductado de la caldera al exterior, así que el ingeniero de diseño original si proveyó un esquema que cumplía con una de las excepciones al código. Sin embargo, una vez que las cubiertas superiores de la caldera son removidas, el aire de combustión conductado no existe más.

Así que, ¿Qué paso? El mecánico entrevistado me relato que hace unos años atrás, uno de los intercambiadores de calor de uno de los chillers se rompió y libero una gran cantidad de refrigerante, casi su carga completa, dentro de la sala de maquinas. Aunque no lo puedo probar, mi conclusión es que parte de este refrigerante liberado fue absorbido por la caldera al no tener las cubiertas superiores, y fue expuesto a llama, transformándose en excepcionalmente corrosivos ácidos para los que las chimeneas no estaban diseñadas para resistir. Las juntas y sellos del conducto fueron los primeros en partirse, por lo que parte de los gases entro entre las paredes, siendo la pared externa menos resistente a la corrosión.

Una de las chimeneas está más dañada que la otra. Para cubrir la demanda normal del edificio, solo se necesita una caldera de las dos, y la que estaba operando el día de la ruptura del chiller es la de mayor daño.

No hay otra manera para reparar esta situación que reemplazar las chimeneas por otras nuevas, y nunca más operar las calderas sin las cubiertas superiores.

Factores de contribución

Una serie de problemas menores fueron notados al respecto de las chimeneas, sin relación al deterioro prematuro, pero que deberían evitarse para lograr un buen diseño practico.

El manual de mantenimiento y operación de la caldera establece que, bajo ninguna circunstancia, la sala donde esté ubicado el equipo tiene que tener presión negativa. En nuestro caso, la tiene. Este edificio tiene un ventilador de extracción que opera continuamente (si debe o no operar continuamente, es otra discusión). Estaría todo bien si las tapas de la caldera estuvieran puestas, ya que tenemos una combustión sellada. Pero sin las cubiertas, la caldera lucha contra el caudal de extracción, ya que perjudica la habilidad de producir un caudal de gases hacia la chimenea, frenando el camino natural de la expulsión de combustión y, en un caso extremo, podría hasta causar que revirtiera su sentido, hacia afuera de la chimenea.

El manual también requiere que el punto de toma de aire para combustión este 1 m por debajo de la salida de la chimenea y a 1,5 m de distancia horizontal. De otra manera, los gases de la chimenea pueden volver a ser inyectados a la caldera, produciendo combustión incompleta. En esta instalación, la toma de aire esta solo a 71 cm por debajo de la salida de chimenea y a 1 m de distancia horizontal. Irónicamente, esto no podría ser un factor para el deterioro prematuro de los conductos, ya que sin las cubiertas superiores puestas la toma de aire no funciona, pero debería y será corregido con el futuro reemplazo de las chimeneas.

La toma de aire para la combustión debe estar a mas de 1 metro de altura de la superficie horizontal del techo, por lo que, de acuerdo al párrafo anterior, implica que la salida de la chimenea debería estar por encima de los 1.9 m y a 1.5 m horizontalmente. También, de acuerdo al CMI, las chimeneas de una caldera deberían estar 60 cm más alto de cualquier otra cosa en un radio de 3 m horizontal, y acá tampoco es respetado. La razón para estas regulaciones es mas para la protección de otros objetos y equipos, y la seguridad de los técnicos que trabajen en el sector. No es para la protección misma de las chimeneas, por lo que no es razón para el deterioro de estas, pero esta situación previamente descripta debe ser evitada.

En algún momento posterior a la instalación de las chimeneas de las calderas, un técnico taladro pequeños orificios a través de las paredes de esta para colocar instrumentos y tomar medidas. Esto probablemente viola tanto la garantía del fabricante de la chimenea como las pruebas que terceros hayan hecho para certificar la calidad de esta. Una pequeña cantidad de los gases de combustión pueden escapar al espacio entre paredes y, recordemos, la pared exterior no es tan resistente a la corrosión. Por lo que, cuando se cambien las chimeneas, se debería pedir una adaptación especial al fabricante que permita la colocación de sondas pero que mantenga un sellado. Así, se preservan la validez de certificaciones y garantías.

El manual de la caldera establece que la chimenea tiene que tener una longitud equivalente máxima de 30 m. Al menos, una caldera parece haber excedido este punto. La más larga de las dos tiene 22 m, solo contando los tramos rectos. El fabricante de la chimenea publico que un codo de 90° tiene una caída de presión equivalente a 3 m de tramo recto. Con un total de 5 codos, un adicional de 15 m tiene que ser agregado a los 22 m de tramo recto, alcanzando un total equivalente de 37 m. Esta longitud extra puede estar bloqueando el caudal normal de gases de combustión que circula por la chimenea.

Hay un ventilador de extracción activo cerca de la salida de las chimeneas, el mismo que extrae aire de la sala de maquinas, cuya descarga está ubicada a solo 1.2 m. Puede estar teniendo un impacto en la salida normal de gases de combustión y dispersándolos mas allá. Ni el manual ni el CMI tienen ninguna regulación especifica sobre esto, pero se debería evitar en lo posible.

Recomendaciones

Arquitectos:

• Anhelen el poder ubicar calderas y chillers en salas separadas, con ninguna abertura compartida. Aunque el Estándar 15 permita la ubicación de estos dos equipos en la misma sala bajo ciertas circunstancias (cámara de combustión sellada o apagado automático al detectar refrigerante), el ejemplo de vida real expuesto en este articulo nos muestra que puede no ser adecuado. Cosas malas pueden pasar a pesar de las buenas intenciones. Hay limitaciones practicas en el caso de proyectos de remodelación, pero en construcciones nuevas se debe tener muy en cuenta;

A la Ingeniería de Diseño:

• Si no se pudo evitar que las calderas y chillers estén en la misma sala, considere usar no una de las excepciones del Estándar 15, sino las dos;
• Cuando se trata de calderas de condensación especificar una chimenea de pared doble con ingeniería en fabrica de categoría IV, construida con una pared interna de acero inoxidable súperferritico y una pared exterior de acero inoxidable del Tipo 316 para resistencia a la corrosión mejorada. Considerar especificar un producto que tenga sellante de fabrica entre las juntas que no dependa del talento del trabajo de obra para ser apropiadamente aplicada;
• Especificar a cualquier chimenea para caldera de condensación que se elija, que incluya una adaptación especial para el uso de sondas de instrumentos, que asegure que se mantengan las garantías y certificaciones;
• Seguir todos los códigos, estándares e instrucciones escritas del fabricante relacionadas a las alturas relativas de las tomas de aire de combustión con respecto a las salida de chimenea, distancias al techo y otros equipos existentes. Las unidades condensadoras y ventiladores de extracción pueden interferir con los patrones de aire que se esperan que tengan, por lo que alejarlos en lo posible;
• Diseñar con cuidado la disposición y recorrido de las nuevas chimeneas de caldera para que no excedan la máxima longitud equivalente permitida, dispuesto por el manual del fabricante. Si esto no es posible, entonces tener en cuenta un ventilador especial que asista al tiraje o un diámetro mayor de chimenea, si el fabricante lo permite;

Al contratista:

• Si para el condensado de un gran sistema de chimenea se le conecta una pequeña manguera de plástico para drenaje, se recomienda crear una trampa en forma espiral de 360°, con diámetro de 10 cm, de manera de crear un sello y evitar que los gases de combustión fuguen;
• Prestar atención a todas las notas y detalles de los planos de ingeniería con respecto a ubicación y altura de la salida de la chimenea y el espacio libre entre este y otros objetos;
• Si las condiciones requieren agregar más codos o adaptaciones que los marcados en planos, avisar el hecho a la ingeniería o registrarlo para determinar el impacto en la máxima longitud equivalente;

A la gerencia de la instalación:

• Estudiar todos los datasheets de seguridad de materiales que se entreguen al ocupar el edificio, para conocer todos los químicos, especialmente los que están almacenados o se usan cerca de una caldera de llama abierta. Entender las posibles reacciones que esos químicos pueden tener cuando son expuestos a llama o a una superficie caliente;
• Si una gran pérdida de refrigerante ocurre cerca de una caldera, inspeccionar tanto el equipo como las chimeneas por un representante calificado del fabricante;

A los operadores de la instalación:

• Si en el diseño está presente una caldera de condensación con aire de combustión conductado y cámara de combustión cerrada, operarla en la manera que fue diseñada, existe una razón para que haya sido de esa manera. No rompan el sellado de la cámara de combustión y solo abran las calderas para mantenimiento;

Al personal de service:

• No taladrar orificios a través de la pared de las chimeneas de la caldera para insertar sondas e instrumentos. Buscar un método de inserción que no viole la garantía del fabricante y/o la categoría del producto. Si no hay método que se le ocurra, pregunte;

Referencias

1- ASHRAE Standard 15-2016, Safety Standard for Refrigeration Systems, 8.11.5a;

2- “Material Safety Data Sheet for R-134a” as published by E.I. du Pont de Nemours and Company;

3- IMC. 2012. International Mechanical Code, 1105.5. Chicago: International Code Council, Inc.;