Generador de vapor

Un generador de vapor es una máquina de ingeniería, donde la energía química, se transforma en energía térmica. Generalmente es utilizado en las turbinas de vapor. Es común la confusión entre los términos de caldera y generador de vapor, pero la diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado (vapor seco) y el otro genera vapor saturado (vapor húmedo).

La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776. Inicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua, de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el nuestro.

Entre la clasificación de las calderas se puede catalogar:

1.-Según la presión de trabajo:

Baja presión : de 0 - 2.5 Kg./cm2Media presión : de 2.5 - 10 Kg./cm2Alta presión : de 10 - 220 Kg./cm2Supercríticas : mas de 220 Kg./cm2.

2.-Según se generación:

De agua calienteDe vapor: -saturado (humedo o seco)-recalentado.

3.-Por el tipo de combustible: -De carbón-De combustibles líquidos-De combustibles gaseosos-Mixtos -De combustibles especiales (residuos, licor negro, cáscaras de frutos).

4.-Por los sistemas de apoyo:

Calderas apoyadas y calderas suspendidas.

5.-Según la circulación del agua y los gases calientes en la zona de tubos de las calderas. Según esto se tienen 2 tipos generales de calderas:

- Pirotubulares o de tubos de humo.En estas caderas los humos pasan por dentro de los tubos cediendo su calor al agua que los rodea. - Acuotubulares o de tubos de agua.El agua circula por dentro de los tubos, captando calor de los gases calientes que pasan por el exterior. Permiten generar grandes cantidades de vapor sobrecalentado a alta presión y alta temperatura, se usa en plantas térmicas para generar potencia mediante turbinas.

Calderas pirotubulares

Calderas pirotubulares o de tubos de humo se caracterizan porque la llama de la combustión se forma dentro de cada hogar cilíndrico de la caldera, pasando los humos generados por el interior de los tubos de los pasos siguientes (normalmente dos), para ser conducidos a la chimenea de evacuación. De ello, su otro nombre de calderas de tubos de humo. En estas calderas, tanto los hogares, como los tubos de humo están en el interior de la virola, completamente rodeados de agua. Para generar vapor, se regula el nivel medio del agua en su interior, deforma que varíe dentro de una banda prevista, sirviendo su cámara superior de separador del vapor generado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida.

Características generales

*El calor circula por dentro de los tubos y el fluido frio, agua, por fuera de ellos. El calor es transferido por medio de los humos o gas de la combustión.

*El diseño de una caldera de tubos de humo se basa principalmente en el hogar y en los pasos de los gases a través de los tubos.

*Usan como fluido termodinámico el agua y el aceite térmico

*La caldera puede ser de 1,2 y ocasionalmente hasta de 4 retornos

*Pueden tener un hogar interno o estar dotados de un fogón externo

Ventajas

*Almacenan gran cantidad de agua

*Producen gran cantidad de vapor

*Permiten efectos de fluctuaciones en la demanda de vapor

*Su costo instalada es relativamente bajo y considerablemente menor que la correspondiente caldera acuotubular de domo

*Son eficientes de 79% a 85%

*Fáciles de transportar

*Necesitan poca área para su instalación

Desventajas

*Su arranque en frio es demasiado lento para alcanzar la presión de trabajo

*No se utilizan para accionamiento de tutbinas

*El tamaño de la caja del hogar no puede ser ampliado

*Su operación se torna critica al operar sobrecarga de mas de 40%

*Su mantenimiento interior es difícil

*No son para altas presiones operan de 0-300 PSIG

Calderas acuotubulares

Calderas acuotubulares o de tubos de agua. Debido a los grandes inconvenientes de las calderas pirotubulares se construyen este otro tipo de calderas. Las calderas acuotubulares se caracterizan porque la llama de los quemadores se forma dentro de un recinto formado por paredes tubulares en todo su entorno, que configuran la llamada cámara de combustión (hogar), pasando los humos generados por el interior de los pasos siguientes, cuyos sucesivos recintos están también formados por paredes tubulares en su mayoría. La cualidad que diferencia a estas calderas es, que todos los tubos que integran su cuerpo están llenos de agua o, al menos, llenos de mezcla agua-vapor en los tubos hervidores, en los que se transforma parte de agua en vapor cuando generan vapor como fluido final de consumo

En las calderas acuotubulares la circulación del agua por su interior es forzada por medio de las bombas de circulación. En las calderas de generación de vapor se regula el nivel medio de agua en el calderín superior, de forma que varíe dentro de una banda prevista, sirviendo la cámara superior de separador del vapor generado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida.

Características generales

*El fluido circula por el interior de los tubos y por el exterior los gases producto de la combustión

*Los tubos que manejan agua y vapor son de acero al carbono

*Son de construcción vertical

*Requieren agua con tratamiento quimico exhautivo

*Pueden ser de circulación natural o forzada

*Las de circulación forzada supercríticas no utilizan bomba de recirculación y operan con presiones de diseños cercanas o por encima del punto critico

*Utiliza precipitadores a la salida del humo

Ventajas

*Son de horno propio interior ubicado lejos de la zona de evaporación

*Son de gran volumen y altura

*Admiten gran cantidad de aire en su hogar

*La combustión se puede controlar

*Son de alto rendimiento y producción de alta presión apta para generación de los gases de combustión

*Puede quemar combustibles liquido, solido y biomasico

*Entre mas alta es la caldera mas se aprovecha la energía calorífica de los gases de combustión

*Produce un vapor seco

Desventajas

*Difícil mantenimiento por lo incomodo al acceso de la zona de convección

*Para su instalación se requiere una área extensa

Partes principales que componen una caldera:

HOGAR: Fogón o caja de fuego y corresponde a la parte en que se quema el combustible. Se divide en puerta del hogar y cenicero

Las calderas pueden instalarse con Hogares para combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, todo dependerá del proyecto del equipo y de la selección del combustible a utilizar.

Emparrillado: tiene por objeto servir de sostén al lecho de combustible y permitir el paso del aire para la combustión.

Altar: Es un muro de ladrillo refractario que descanse en una estructura metálica que va a continuación de la parrilla.

Conductos de humo: es aquella parte de la caldera por donde circulan los humos o los gases calientes que se han producido en la combustión.

Cajas de humo: Corresponde al espacio de la caldera que desempeña la función de caja colectora de los humos después de haber pasado por todos los conductos antes de salir por la chimenea.

Chimenea: sirve para dar la salida a los gases de la combustión, los cuales deben ser evacuados a una altura suficiente para evitar perjuicios y molestias al vecindario.

También para producir el tiro necesario para que la combustión se efectuara en buenas condiciones y en modo continúo.

Mampostería: Construcción de ladrillo refractarios y ladrillos comunes que tienen como objeto cubrir la caldera para evitar desprendimiento de calor al exterior.

Cámara de agua: Volumen de la caldera que esta ocupada por el agua y tiene como limite inferior un cierto nivel mínimo, del que no debe descender nunca el agua durante su funcionamiento.

Cámara de vapor: Es aquella parte de la caldera que queda sobre el nivel superior del agua (volumen ocupado por el vapor considerando el nivel máximo admisible de agua).

Cámara de alimentación de agua: Es el espacio comprendido entre los niveles máximos y mínimos del agua.

Tapas de registro de inspección o lavado: tapas que tienen por objeto permitir inspeccionar ocularmente el interior de las calderas o lavarlas si es necesario para extraer, en forma mecánica o manual, los lodos que se hayan acumulado y que no hayan salido por las purgas.

RIESGOS DE UNA CALDERA:

1.- Aumento súbito de la presión:

Esto sucede generalmente cuando se disminuye el consumo de vapor, o cuando se descuida el operador y hay exceso de combustible en el hogar o cámara de combustión.

2.-Descenso rápido de la presión:

Se debe al descuido del operador en la alimentación del fuego.

3.-Descenso excesivo del nivel de agua:

Es la falla mas grave que se puede presentar. Si este nivel no ha descendido mas allá del limite permitido y visible , bastará con alimentar rápidamente, pero si el

nivel ha bajado demasiado y no es visible, en el tubo de nivel, deberá considerarse seca la caldera y proceder a quitar el fuego, cerrar el consumo de vapor y dejarla enfriar lentamente. Antes de encenderla nuevamente, se deberá inspeccionarla en forma completa y detenida.

4.-Explosiones:

Las explosiones de las calderas son desastres de gravedad extrema, que casi siempre ocasionan la muerte a cierto número de personas. La caldera se rasga, se hace pedazos, para dar salida a una masa de agua y vapor; los fragmentos de la caldera son arrojados a grandes distancias.

Estos accidentes desgraciadamente frecuentes, han sido atribuidos durante mucho tiempo a causas excepcionales y fuerza del alcanza de la prevención, es decir, se les ha considerado como caso de fuerza mayor.