1-12-2015

RESUMEN

En el presente informe de calderas se dará a conocer los conocimientos de la visita al hospital “Hipólito Unanue” a cargo de nuestro profesor Walter Florez Ponce de León. Al llegar al lugar formamos dos grupos para ingresar a las canteras, mientras tanto el segundo grupo se quedó en la parte de afuera observando: ollas de vapor, hervidoras, etc. la mayoría eran productos que se dieron de baja, se dejaron de usar por el hospital.

En el siguiente informe se indicara la función específica, tipos y componentes de intercambiadores de calor (calderas), todo esto regulado por una serie de factores de precion, el objetivo principal es conocer las aplicaciones que posee en un sistema de recirculación (hatchery), al dar a conocer las características de las calderas se podrá tomar una mejor decisión de cuales utilizar y que generan mejor producción y menor costos.

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, ARQUITECTURA Y GEOTECNIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA-GEOTECNIA

TEMA:“informe de la salida a Hospital Hipólito Unanue”

NOMBRE : Código:

Lee Hanson Jaliri Paco

2013-39145

DOCENTE: Ing. Walter Flórez Ponce de León

CICLO: IV Semestre

CURSO: TERMODINAMICA

Reconocimientos de las calderas1. OBJETIVO: Dar a conocer los diferentes tipos y aplicaciones de las calderas.

2. FUNDAMENTO TEORICO:2.2 HISTORIA:Cuando James Watt observó que se podría utilizar el vapor como una fuerza económica que remplazaría la fuerza animal y manual, se empezó a desarrollar la fabricación de calderas, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias. Las primeras calderas tuvieron el inconveniente de que los gases calientes estaban en contacto solamente con su base, y en consecuencia se desaprovechaba el calor del combustible. Debido a esto, posteriormente se les introdujeron tubos para aumentar la superficie de calefacción. Si por el interior de los tubos circulan gases o fuego, se les clasifican en calderas piro tubulares (tubos de humo) y calderas acuotubulares (tubos de agua). Hasta principios del siglo XIX se usó la caldera para teñir ropas, producir vapor para la limpieza, etc., hasta que Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se usó vapor para mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo, ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse, ésta dejaba de producir trabajo útil. Luego de otras experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica, ya que era un industrial inglés muy conocido. La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776.Inicialmente fue empleada como máquina para accionar bombas de agua, de cilindros verticales; fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el nuestro. Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años, como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas está la poca velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por kW de potencia; necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura. Dentro de los diferentes tipos de caldera, se han construido para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes, tanto de carga como de pasajeros.

Hay una caldera multi-humotubular con haz de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir, los gases de combustión caliente pasan por los tubos, cediendo su calor al agua que los rodea. Para medir la potencia de la caldera, y como dato anecdótico, Watt recurrió a medir la potencia promedio de muchos caballos, y obtuvo unos 33.000 libras-pie/minuto o sea 550libras-pie/seg., valor que denominó Horse Power, potencia de un caballo. Posteriormente, al transferirlo al sistema métrico de unidades, daba algo más de 76 kg/seg. La Oficina Internacional de

Pesos y Medidas de París, resolvió redondear ese valor a 75 más fácil de simplificar, llamándolo "Caballo Vapor" en homenaje a Watt.

2.3 LA CALDERALa caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase. Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

Esterilización (tindarización): Era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también en los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de esterilización).

Para calentar otros fluidos: Como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentar petróleos y mejorar su fluidez.

Generar electricidad: Se da través de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de las centrales termoeléctricas. Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.

2.4 COMPONENTES DE UNA CALDERA:

TAMBOR DE VAPOR:Es el lugar donde el agua y el vapor se separan. Aquí se encuentra la entrada de agua de alimentación, la cual entra bajo control de nivel. Todos los tubos de flujo ascendente y descendente van acoplados a este tambor. Existe también una salida de vapor hacia el sistema de proceso o a un supercalentador. En el tambor de vapor se instalan válvulas de alivio o de escape para proteger al sistema. El método de separación del agua y del vapor es el mismo en la mayoría de las calderas y se lleva a cabo en un separador mecánico o en un separador ciclónico. La mezcla de vapor y de agua procedente del haz ascendente se dirige al separador ciclónico por medio de una

placa deflectora. La fuerza centrífuga en el ciclón separa las gotas de agua, y el vapor sale del ciclón y pasa a través de más separadores hasta que se tiene vapor relativamente seco para uso en las unidades de proceso.

CAJA DE SECADO:Es un compartimiento interno para colectar el vapor seco y distribuirlo a los tubos de salida al supercalentador. El tambor de vapor debe estar diseñado para trabajar mínimo durante un minuto sin suministro de agua de alimentación con los quemadores encendidos. En realidad el tambor debe tener reserva para 20 o 30segundos y los tubos deben proporcionar la diferencia.

TAMBOR DE LODOS:Los tambores de lodos son los cabezales de recolección en el fondo de los haces de tubos ascendentes y descendentes. De estos tambores de lodos se extrae la purga. La purga es el líquido que se extrae de la caldera para mantener baja la concentración de sólidos en el agua de la caldera. Normalmente hay dos corrientes de purga, una es una purga continua de una cantidad fija de agua, la otra es intermitente. La purga intermitente se ajusta para mantener el agua de calderas dentro de la especificación de sólidos disueltos que se estipule.

VENTILADOR:Son los encargados de suministrar el aire para la combustión en las calderas de tiro forzado y de sacar los gases desde el hogar hacia la chimenea en las calderas de tiro inducido. Deben tener una capacidad superior en un 15% al flujo a máxima carga para suplir las perdidas por ensuciamiento de la caldera, disminución de la calidad del combustible o desgaste de los mismos ventiladores.

PRECALENTADOR DE AIRE:Es un intercambiador generalmente con vapor de baja presión que se condensa y retorna al sistema como agua de alimentación. La temperatura normal del aire entrando al calentador de aire debe estar entre 140°Fy 176°F.

CALENTADOR DE AIRE:En esta parte se termina de darle temperatura al aire que va para la combustión intercambiando temperatura con los gases que vienen de la combustión.

ECONOMIZADOR:Es la parte de la caldera donde por intercambio de temperatura entre los gases de combustión y el agua de caldera se le baja temperatura a los gases de combustión y sele incrementa al agua de caldera para economizar combustible en el proceso de producir vapor y a su vez minimizar el impacto ambiental porque evitamos el aumento de la temperatura del medio ambiente. El economizador puede estar situado dentro de la caldera, como parte de la zona de convección, o puede ser externo donde por razones de espacio no se puede aplicar el arreglo anterior.

CAJA DE AIRE:Es la parte por donde se conduce el aire que va del ventilador hacia los quemadores.

2.5 TIPOS DE CALDERAS:Calderas pirotubulares:Las calderas pirotubulares hacen pasar el calor a través de los tubos en la caldera que a su vez transfieren calor al agua de la caldera que les rodea. Hay varias combinaciones diferentes de distribución de tubos para las calderas pirotubulares dependiendo del número de ‘pases’ que hará el calor del hogar de la caldera antes de descargarse. Un método más eficaz de invertir el flujo de calor es a través de una caldera de cámara húmeda. La cámara de inversión está completamente dentro de la caldera y permite una mayor área de transferencia de calor, así como permite calentar el agua en el punto dela caldera donde el calor del hogar será más alto en la pared del extremo de la cámara. Es importante saber que los gases de combustión deben enfriarse antes de alcanzar la cámara de inversión como mínimo a 420°C para las calderas de acero normales y a 470°Cpara las calderas de aleación de acero. Temperaturas superiores a estas causarán sobrecalentamiento y grietas de las planchas en el extremo del hogar. El fabricante de la caldera observará que estas limitaciones estén dentro de su criterio.

Calderas con presiones y rendimientos superiores a 27 bar y 27toneladas/h respectivamente, se fabrican de una manera diferente. En este caso, el agua de la caldera se contiene y circula dentro de tubos, lo opuesto a la caldera pirotubular, donde los gases de la combustión circulan dentro de los tubos. A las calderas pirotubulares se les llama a menudo calderas con ‘tubos de humo’, mientras que las calderas acuotubulares tienen mejores prestaciones para presiones y rendimientos superiores.

2.6 Calderas acuotubulares:

Las calderas acuotubulares difieren de las calderas pirotubulares en que el agua circula dentro de los tubos con la fuente de calor rodeándolos. Esto significa que pueden usarse presiones más altas porque el diámetro del tubo es significativamente más pequeño que el cuerpo en la caldera pirotubular, y por consiguiente la tensión circunferencial también es significativamente menor. Las calderas acuotubulares suelen ser consideradas para altos rendimientos de vapor, para presiones altas o para vapor recalentado. Para la mayoría de aplicaciones industriales y comerciales, una caldera pirotubular es a menudo la más apropiada. Sólo es necesario usar una caldera acuotubular si se requiere un rendimiento individual superior a 27.000 kg/h o presiones superiores a 27 bar o temperaturas de vapor superiores a 340°C.La razón es que para un rendimiento dado, las calderas acuotubulares son deconstrucción más costosa que las calderas pirotubulares compactas. Sin embargo, por todo el mundo, las calderas acuotubulares compiten con calderas pirotubulares para tamaños inferiores a 270 bar .

Para darnos una idea de la diversidad de calderas acuotubulares, las unidades varían entre aproximadamente 2.000 kg/h hasta las de3.500.000 kg/h y superiores que impulsan las centrales eléctricas.

Las unidades más pequeñas pueden fabricarse y entregarse al sitio en una pieza. Las unidades más grandes generalmente se fabrican en secciones y se transportan al sitio para un ensamblaje final. Las calderas acuotubulares trabajan con el principio de circulación de agua.

3. Funcionamiento de una Caldera:La caldera está sometida a cambios de temperatura dependientes de la cantidad de fuego que en cada momento alberga el hogar, lo que trae como consecuencia que aquella se contraiga y se dilate en función de los cambios que en ella se efectúen. Es por ello que el hogar está colgado para permitir la dilatación longitudinal de las paredes del hogar. Esto obliga a conectar el cenicero y el hogar mediante un sistema

que permita este movimiento , como el cenicero está anclado en el suelo, el referido sistema consiste en un cierre hidráulico, que permite el alargamiento hacia abajo de la caldera, a la vez que la aísla del exterior evitando entradas anormales de aire.

El calderín, sólo en las calderas con recirculación, cuya misión es separar los fluidos agua vapor. En las calderas de paso único no existe este elemento y por tanto no hay un punto fijo de separación de las fases sino una transformación paulatina.

Una zona de salida de gases procedentes de la combustión en la que se sitúan una serie de recuperadores de calor desde los sobrecalentadores de vapor para elevar su temperatura por encima de la de saturación hasta los precalentadores de aire que entran en la caldera.

3.1 COMBUSTIBLES PARA CALDERAS:Los tres tipos más comunes de combustible que se usan en las calderas de vapor son: carbón, fuel-oil y gas. Sin embargo, también se usan residuos industriales o comerciales en ciertas calderas y electricidad para las calderas de electrodos. Normalmente, el tipo de combustible se elige dependiendo de cuál tiene la tarifa más atractiva.

Carbón

Carbón es el término genérico dado a una familia de combustibles sólidos con un alto volumen de carbono. En esta familia, hay varios tipos de carbón, cada uno relacionado con la fase de formación del carbón y el volumen de carbono.

Estos estados son:

Turba. Lignito. Carbón bituminoso. Semi bituminoso. Antracita

Como combustible de la caldera, se suele usar el bituminoso y la antracita. Un promedio razonable es: para producir aproximadamente 8 kg de vapor se ha de quemar 1 kg de carbón.

Petróleo

El Fuel-oil que se usa como combustible en la caldera proviene del residuo producido de petróleo crudo después de que se ha destilado para producir productos más ligeros como el aceite de motor, parafina, queroseno, diesel y gasoil. Hay varios grados disponibles, cada una adecuada para los diferentes tipos de calderas, los grados son los siguientes:

Clase D: Gasoil. Clase E: Fuel-oil ligero. Clase F: Fuel-oil medio. Clase G: Fuel-oil pesado.

Puede producirse aproximadamente 15 kg de vapor por kg de Fuel-oil o 14 kg de vapor por litro de Fuel-oil.

Gas

El gas es la forma de combustible de caldera que es fácil quemar con poco exceso de aire. Los gases combustibles están disponibles en dos formas diferentes;

-Gas natural

Éste es gas que se ha producido (de manera natural) bajo tierra. Se usa en su estado natural, salvo la eliminación de impurezas, y contiene metano en su forma más común.

-El gas licuado de petróleo (GLP).

Éstos son gases que se producen al refinar el petróleo y se almacenan bajo presión en un estado líquido hasta que se vayan a usar. Las formas más comunes de GLP son propano y butano1 Termia de gas producirá aproximadamente 42 kg de vapor en la salida de una caldera a 10 bar r de presión, con una eficacia dela caldera del 80%.

Combustible de residuos

Ésta puede ser una fuente barata de combustible primario para las calderas. Antiguamente, las calderas de combustible de residuos podían quemar desechos derivados del proceso como cortezas de madera o el aceite sucio. La legislación actual hace difícil que las calderas reúnan los requisitos de emisiones necesarias. Ahora es más normal que el combustible de residuos sea quemado como parte de un paquete de energía total. Un ejemplo sería un hospital quemando los residuos en un incinerador de gas donde los gases calientes mezclados se usarían para alimentar una planta productora de vapor, probablemente como parte de un proceso de CHP.

4. CONCLUSIONES:

Se pudo conocer los diferentes tipos de calderas y sus respectivas aplicaciones.

Finalmente cabe señalar que dentro que los de equipos que se utilizan para enfriar el agua a calentarla según sea el caso, suelen haber consideraciones muy importantes tales como: en donde se va a instalar, el tipo de equipo a ocupar que por cierto va a depender del tipo de fluido, potencia, etc.

Es por ello que hice o realicé un informe en donde se mostró puntos fundamentales para mejorar el conocimiento de calderas necesario a la hora de tomar una decisión en cuanto a instalar un equipo o desarrollar alguna practica en clase.

5. BIBLIOGRAFÍA: PDF – CALDERAS : http://es.slideshare.net/Orejonsito1/informe-caldera

PDF – TIPOS DE CALDERA: http://es.slideshare.net/Gabrania/calderas Manual de Operación de calderas de “Industrias Tijuana” 2009.