GENERADORES DE VAPOR

En ellos se efectúa le transferencia de calor (calor entregado Qe) desde la fuente caliente, constituida en este caso por los gases de combustión generados en el hogar (o en otra máquina*), al fluido de trabajo (vapor de agua).

Son entonces, esencialmente intercambiadores de calor de superficie, por lo cual en ellos la transferencia de calor debe efectuarse con el mejor rendimiento posible, compatible con los costos de la instalación.

El esquema funcional se puede sintetizar de la siguiente manera:

Como sistema, se deben considerar las pérdidas, que en general se pueden considerar:– · Pérdidas por los gases de escape (Máximo de 13%)– · Evaporación del agua formada en la combustión (Hasta 4%)– · Pérdidas por deficiencias en el rendimiento de combustión

(Hasta 0,2%)– · Pérdidas por radiación, fugas de calor en general (Hasta

2,5%)

CALDEROS

HISTORIA DEL VAPOR INDUSTRIAL

HISTORIA DEL VAPOR INDUSTRIAL

DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR

DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR

DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR

DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR

DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR

DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR

Calderas en Centrales Térmicas

DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR

CALDEROS INDUSTRIALES Son equipos diseñados para

transferir calor producido por combustión, mediante electricidad, o un fluido determinado

Se emplean para producir agua caliente, vapor saturado, vapor sobrecalentado

CALDEROS INDUSTRIALES

Es un recipiente cerrado el cual, por medio de calor producido por un combustible al quemarse, transforma el agua que contiene en vapor a una presión mayor que la atmosférica.

CALENTAMIENTO DE EQUIPOS DEL PROCESO Uno o mas calderos proporcionan el vapor necesario

para usarlo en las máquinas y equipos de la planta en el proceso de calentamiento

La combustión siempre produce material de desecho hollín ,cenizas, humo

Las trampas de vapor son dispositivos que se colocan después de un equipo para separar el vapor húmedo del vapor saturado esta agua caliente se denomina condensado el mismo retorna al caldero.

MANERAS DE CALENTAR CON VAPOR SATURADO A) Vapor directo.-

Inyección directa del vapor al material

Se emplea en lugares donde el condensado no es problema

Uso: limpieza de paredes, maquinas

B) Vapor indirecto: Se realiza por medio de chaquetas, serpentines intercambiadores

Transmite calor por las paredes del recipiente al fluido

El vapor y el condensado no entran en contacto con el material a calentar

APLICACIONES DEL VAPOR SATURADO

El vapor de agua generado por un caldero tiene múltiples aplicaciones, dependiendo de su presión, temperatura y caudal son:

– 1.- Calentamiento de maquinaria y equipos del proceso

– 2.-Generación de fuerza motriz mecánica, por máquinas a vapor

APLICACIONES DEL VAPOR SATURADO

– 3.- Generación de fuerza motriz mecánica por turbinas

– 4.- Generación de energía eléctrica por turbinas

– 5.- Otros usos menores

OTROS USOS MENORES

Sacar manchas en la lavandería Limpiar fachadas de edificios Limpieza de piezas de máquinas Calentamiento de las zona de lavado Calentamiento de soluciones o concentración Aire acondicionado climatizado VAPORADORES

Clasificación de los Calderos

CLASIFICACION DE LOS CALDEROS a ) Por la disposición de los fluidos

- De tubos de agua (acuotubulares)

- De tubos de humo (pirotubulares)

b) Por la circulación de agua

- Circulación natural

-Circulación asistida

- Circulación forzada

CLASIFICACION DE LOS CALDEROS c) Por el mecanismo de transmisor de calor - De convección - De radiación - De radiación y convección

d) Por el combustible empleado - De carbón mineral -De combustible líquido - De combustible gaseoso -Nucleares

CLASIFICACION DE LOS CALDEROS Por la presión de trabajo: -Subcrítico - De baja presión p< 20 Kg /cm2 - De alta presión p> 64 Kg/ cm2 Supercrítico Por el tiro:

– Tiro natural – Tiro forzado– Tiro inducido

CALDERO PIROTUBULAR

Caldero pirotubularLos gases de combustión circulan por dentro de los tubos, y el agua los rodea por fuera

Además de los elementos de instrumentación elemental como manómetro y presostato (PI y PS respectivamente), debe considerarse los siguientes elementos:

– · Control de nivel– · Válvula de seguridad– · Válvulas de salida y purga

Este tipo de generadores, por su diseño no admiten presiones de trabajo elevadas, más allá de las dos o tres atmósferas; son de construcción sencilla y disponen de moderada superficie de intercambio, por lo que no se utilizan para elevadas producciones de vapor.

Su rendimiento global esperado a lo largo de su vida útil no supera el 65% en el mejor de los casos.

Son en compensación, muy económicos en costo y de instalación sencilla, por lo que su utilización actual primordial es para calefacción y producción de vapor para usos industriales.

Caldero pirotubular

Caldero pirotubular

Calderas Igneotubulares o Pirotubulares:

Calderas Igneotubulares o Pirotubulares:

Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustión pasan por tubos que se encuentran sumergidos en el agua.

Ventajas: Menor costo inicial debido a su simplicidad de diseño. Mayor flexibilidad de operación Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación. Inconvenientes: Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento. No son empleables para altas presiones

CALDERO ACUATUBULAR

Caldero acuatubularSon aquellos en los que el agua o vapor circula por dentro de los tubos. El esquema funcional es el siguiente:

Caldero acuotubular

Caldero acuatubular

A los efectos de fijar conceptos, se puede ver una vista general del armado de una caldera de 120 T/h, de tipo convencional,

Calderas Acuotubulares:

Calderas Acuotubulares:

Son aquellas en que los gases y humos provenientes dela combustión rodean tubos por cuyo interior circula agua.

Ventajas:Pueden ser puestas en marcha rápidamente.Son pequeñas y eficientes.Trabajan a 30 o mas atm.

Inconvenientes:Mayor constoDebe ser alimentadas con agua de gran pureza.

CALDERAS DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA

Existe una variedad de las anteriores calderas, denominadas de vaporización instantánea, cuya representación esquemática podría ser la de un tubo calentado por una llama, en el que el agua entra por un extremo y sale en forma de vapor por el otro.

COMPONENTES PRINCIPALES

Conjunto del Quemador: prender el equipo, este dispositivo hace que se produzca una chispa entre los electrodos originada por el alto voltaje que produce un transformador, se enciende el piloto, se abre el paso de combustible y de aire para que encienda la flama, y una vez que la fotocelda verifica lo anterior, se mantiene en funcionamiento. El conjunto del quemador comprende las boquillas, los electrodos, la fotocelda y el cañón quemador.

Control de nivel del agua: Verifica que el nivel del agua dentro de la caldera sea un nivel seguro para que ésta encienda. Durante la operación, vigila y corrige errores; si baja el nivel, envía una señal a la bomba de alimentación para que arranque e inyecte más agua, si continúa bajando, por seguridad envía otra señal al quemador para que se apague y no permite que se encienda hasta tener un nivel seguro; y en caso de que suba el nivel del agua, envía una señal para que se pare la bomba. El sistema de control de nivel del agua comprende del cristal de nivel visual, grifos de prueba del cristal de nivel, columna de nivel y control de nivel de agua

Bomba de inyección de agua: Al bajar el agua del nivel mínimo de operación, recibe la señal del control de agua y arranca, tomando agua del tanque de condensado e introduciéndola a la caldera; en cambio, cuando sobrepasa un nivel de seguridad prefijado, también se apaga para no exceder el nivel de operación y ahogar la caldera.

Cuerpo de la caldera: En el interior de la caldera se encuentra el hogar (espacio donde se lleva a cabo la combustión) y los tubos, donde se lleva a cabo el calentamiento del agua, ya sea interior o exteriormente, y tiene un aislamiento interior y exterior para evitar pérdidas de calor y quemaduras al personal. También cuenta con tapas y registros para permitir el acceso para darle mantenimiento. Comprende de tubos, material refractario, mamparas (no siempre), empaques.

Sistema de combustible: Este sistema mantiene la alimentación de combustible adecuada para la combustión que se realiza en el hogar de la caldera. Comprende tuberías, filtros, bomba de combustible y válvula solenoide.

Sistema de aire: Este sistema es el elemento primordial para mantener una combustión. Debe ser regulado de acuerdo al consumo de vapor y en proporción adecuada al combustible, para mantener la flama con una combustión no contaminante y económica. Comprende la malla del ventilador, el ventilador y las varillas de ajuste para el modulador de entrada del aire.

Controles eléctricos: El programador es el cerebro de la caldera, ya que se encarga de efectuar la secuencia adecuada del encendido y apagado del equipo. En este sistema existen auxiliares de arranque y paro por presión (presostato), a partir de una presión establecida. Envía una señal para modular la flama, variando la entrada de aire a través del modulador de entrada del aire. Comprende del control programador, presostato, control de nivel de agua, modulador de entrada del aire y alarma.

EQUIPOS AUXILIARES PARA EL SISTEMA DE GENERACIÓN DE VAPOR

Equipo de suavización de agua: Convierte el agua común en agua “blanda”, la cual puede ser utilizada para alimentar la caldera.

Tanque de retorno de condensados: Es un recipiente que contiene el agua de alimentación a la caldera y debe de cumplir con tres funciones primordiales:

– Mantener una reserva mínima de agua, suficiente para alimentar a la caldera durante 20 minutos; esto determina las dimensiones que debe tener.

– Recuperar el agua suave de los retornos de los condensados. Para mantener económica la producción de vapor, debe recolectarse el condensado, ya que es agua suavizada y calentada, que tiene un costo extra en su producción y por lo tanto no debe desperdiciarse.

– Precalentar el agua de alimentación a la caldera. El agua de alimentación a las calderas debe estar a la mayor temperatura posible para evitar daños internos a la caldera al introducirle agua “fría”, y además por economía, para gastar menos combustible al elevar la temperatura del agua para convertirla en vapor. Cuanto más caliente se le introduzca el agua, más aumenta la capacidad de la caldera.

Tanque deareador o desaereador: Cuando las calderas instaladas sobrepasan de 200 caballos caldera, para producción de vapor, se justifica la utilización de este tipo de tanque, que cumple con las mismas funciones del tanque de condensados, además de que remueve el excedente de aire y los gases corrosivos (oxígeno, bióxido de carbono) a través de un deareador que se instala en su interior para crear corriente de vapor que obligue a salir por el venteo (puede ser automático o manual).

TRANSMISION DE CALOR La transmisión de calor desde la fuente caliente (gases de

combustión) al fluido de trabajo (agua – vapor) se realiza a través de la superficie de intercambio, en este caso, las paredes de los tubos del generador.

El proceso reconoce tres efectos:

– 1. Radiación (desde los gases calientes y luminosos hacia las paredes externas de los tubos)

– 2. Convección (desde los gases en la capa límite contra la pared exterior de los tubos)

– 3. Conducción (entre las superficies externa e interna de los tubos)– 4. y nuevamente convección en la capa límite de la superficie

interna de los tubos hacia el fluido de trabajo.

Tiro

Es la diferencia entre la presión de la caldera y la presión atmosférica.

El tiro es necesario para el funcionamiento del hogar de una caldera, con el fin de poderle suministrar el aire necesario para la combustión del combustible y arrasar los gases quemados hacia el exterior a través de la chimenea

Tiro Natural

Se produce por el efecto generado por una chimenea. Su valor depende de la altura de la boca de la chimenea sobre el nivel del emparrillado del hogar

Tiro Mecánico

Es el tiro creado por la acción de inyectores de aire, vapor o mediante ventiladores, el cual se requiere cuando deba mantenerse un determinado tiro con independencia de las condiciones atmosféricas y del régimen de funcionamiento de la caldera

Funcionamiento de una Caldera

Ciclo Combinado

Este ciclo combina el Ciclo Rankine con el cilo Brayton de esta forma se consigue un aumento de potencia gracias a la caldera recuperadora de calor.....

Esquemático del Ciclo Combinado

COMBUSTION COMPLETA ESTEQUIOMETRICA

COMBUSTION COMPLETA CON EXCESO DE AIRE

CONSUMO DE COMBUSTIBLE APROXIMADO EN FUNCION DE LA POTENCIA hP

PRINCIPAL MEDIDA DE SEGURIDAD EN LOS GENERADORES DE VAPOR (O CALDERAS)

¿Alguna vez se han imaginado que una caldera (Tubos de Humo) puede explotar totalmente?

De ser así, ¿se ha imaginado la magnitud de la explosión?

¡¡¡La energía que se libera en una explosión de una caldera de 100 C.C.

(Caballos Caldera) equivale al impacto de una locomotora de 50 toneladas a una velocidad superior a los 500 Km/h!!!

Para evitar este peligro, mantenga siempre un nivel visual de agua en el cristal de nivel, ya

que la falta de agua puede causar un sobrecalentamiento que puede provocar la

explosión de la caldera.

Si por alguna circunstancia ajena a usted no existe agua en el nivel, PARE LA CALDERA,

NO INYECTE AGUA, antes de verificar el nivel a través de los grifos de prueba y sobre todo, esté seguro de haber corregido el problema

antes de arrancar nuevamente