GENARADORES DEVAPOR
GENERADORES DE VAPOR1En ellos se efecta le transferencia de
calor (calor entregado Qe) desde la fuente caliente, constituida en
este caso por los gases de combustin generados en el hogar (o en
otra mquina*), 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 instalacin.El
esquema funcional se puede sintetizar de la siguiente manera:
Como sistema, se deben considerar las prdidas, que en general se
pueden considerar: Prdidas por los gases de escape (Mximo de 13%)
Evaporacin del agua formada en la combustin (Hasta 4%) Prdidas por
deficiencias en el rendimiento de combustin (Hasta 0,2%) Prdidas
por radiacin, fugas de calor en general (Hasta 2,5%)
CALDEROS4HISTORIA 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 Trmicas
DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPORCALDEROS INDUSTRIALESSon
equipos diseados para transferir calor producido por combustin,
mediante electricidad, o un fluido determinadoSe emplean para
producir agua caliente, vapor saturado, vapor sobrecalentado
CALDEROS INDUSTRIALESEs un recipiente cerrado el cual, por medio
de calor producido por un combustible al quemarse, transforma el
agua que contiene en vapor a una presin mayor que la
atmosfrica.
CALENTAMIENTO DE EQUIPOS DEL PROCESOUno o mas calderos
proporcionan el vapor necesario para usarlo en las mquinas y
equipos de la planta en el proceso de calentamientoLa combustin
siempre produce material de desecho holln ,cenizas, humoLas trampas
de vapor son dispositivos que se colocan despus de un equipo para
separar el vapor hmedo del vapor saturado esta agua caliente se
denomina condensado el mismo retorna al caldero.Las trampas de
vapor son dispositivos que se colocan despus de un equipo para
separar el vapor hmedo del vapor saturado esta agua caliente se
denomina condensado el mismo retorna al caldero.MANERAS DE CALENTAR
CON VAPOR SATURADOA) Vapor directo.- Inyeccin directa del vapor al
materialSe emplea en lugares donde el condensado no es problemaUso:
limpieza de paredes, maquinas B) Vapor indirecto: Se realiza por
medio de chaquetas, serpentines intercambiadoresTransmite calor por
las paredes del recipiente al fluidoEl vapor y el condensado no
entran en contacto con el material a calentarAPLICACIONES DEL VAPOR
SATURADOEl vapor de agua generado por un caldero tiene mltiples
aplicaciones, dependiendo de su presin, temperatura y caudal
son:1.- Calentamiento de maquinaria y equipos del proceso
2.-Generacin de fuerza motriz mecnica, por mquinas a vapor
3.- Generacin de fuerza motriz mecnica por turbinas
4.- Generacin de energa elctrica por turbinas
5.- Otros usos menores (Sacar manchas en la lavandera, Limpiar
fachadas de edificios, Limpieza de piezas de mquinas, Calentamiento
de las zona de lavado, Calentamiento de soluciones o concentracin,
Aire acondicionado climatizado, Vaporadores.
APLICACIONES DEL VAPOR SATURADO3.- Generacin de fuerza motriz
mecnica por turbinas
4.- Generacin de energa elctrica por turbinas
5.- Otros usos menores
OTROS USOS MENORESSacar manchas en la lavanderaLimpiar fachadas
de edificiosLimpieza de piezas de mquinasCalentamiento de las zona
de lavadoCalentamiento de soluciones o concentracinAire
acondicionado climatizadoVAPORADORES
Clasificacin de los Calderos
CLASIFICACION DE LOS CALDEROSa ) Por la disposicin de los
fluidos - De tubos de agua (acuotubulares) - De tubos de humo
(pirotubulares)
b) Por la circulacin de agua - Circulacin natural -Circulacin
asistida - Circulacin forzada
CLASIFICACION DE LOS CALDEROSc) Por el mecanismo de transmisor
de calor - De conveccin - De radiacin - De radiacin y conveccin
d) Por el combustible empleado - De carbn mineral -De
combustible lquido - De combustible gaseoso -NuclearesCLASIFICACION
DE LOS CALDEROSPor la presin de trabajo: -Subcrtico - De baja
presin p< 20 Kg /cm2 - De alta presin p> 64 Kg/
cm2SupercrticoPor el tiro: Tiro natural Tiro forzadoTiro
inducidoCALDERO PIROTUBULAR26Caldero pirotubular
Los gases de combustin circulan por dentro de los tubos, y el
agua los rodea por fueraCaldero pirotubularAdems de los elementos
de instrumentacin elemental como manmetro y presostato (PI y PS
respectivamente), debe considerarse los siguientes elementos:
Control de nivel Vlvula de seguridad Vlvulas de salida y
purga
Este tipo de generadores, por su diseo no admiten presiones de
trabajo elevadas, ms all de las dos o tres atmsferas; son de
construccin 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 til no
supera el 65% en el mejor de los casos.
Son en compensacin, muy econmicos en costo y de instalacin
sencilla, por lo que su utilizacin actual primordial es para
calefaccin y produccin de vapor para usos industriales.
Caldero pirotubular
Calderas Igneotubulares o Pirotubulares:
Calderas Igneotubulares o Pirotubulares:
CALDERO ACUATUBULAR32Caldero 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:
CALDERAS DE VAPORIZACIN INSTANTNEAExiste una variedad de las
anteriores calderas, denominadas de vaporizacin instantnea, cuya
representacin esquemtica podra 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 PRINCIPALESConjunto 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 can quemador.
Control de nivel del agua: Verifica que el nivel del agua dentro
de la caldera sea un nivel seguro para que sta encienda. Durante la
operacin, vigila y corrige errores; si baja el nivel, enva una seal
a la bomba de alimentacin para que arranque e inyecte ms agua, si
contina bajando, por seguridad enva otra seal 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, enva una seal 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 inyeccin de agua: Al bajar el agua del nivel mnimo de
operacin, recibe la seal del control de agua y arranca, tomando
agua del tanque de condensado e introducindola a la caldera; en
cambio, cuando sobrepasa un nivel de seguridad prefijado, tambin se
apaga para no exceder el nivel de operacin 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 combustin) 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 prdidas de calor y quemaduras al personal. Tambin 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 alimentacin de
combustible adecuada para la combustin que se realiza en el hogar
de la caldera. Comprende tuberas, filtros, bomba de combustible y
vlvula solenoide.
Sistema de aire: Este sistema es el elemento primordial para
mantener una combustin. Debe ser regulado de acuerdo al consumo de
vapor y en proporcin adecuada al combustible, para mantener la
flama con una combustin no contaminante y econmica. Comprende la
malla del ventilador, el ventilador y las varillas de ajuste para
el modulador de entrada del aire.
Controles elctricos: 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 presin (presostato), a partir de una presin establecida.
Enva una seal para modular la flama, variando la entrada de aire a
travs 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
GENERACIN DE VAPOREquipo de suavizacin de agua: Convierte el agua
comn 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 alimentacin a la caldera y debe de cumplir con
tres funciones primordiales:Mantener una reserva mnima 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 econmica la
produccin de vapor, debe recolectarse el condensado, ya que es agua
suavizada y calentada, que tiene un costo extra en su produccin y
por lo tanto no debe desperdiciarse.
Precalentar el agua de alimentacin a la caldera. El agua de
alimentacin a las calderas debe estar a la mayor temperatura
posible para evitar daos internos a la caldera al introducirle agua
fra, y adems por economa, para gastar menos combustible al elevar
la temperatura del agua para convertirla en vapor. Cuanto ms
caliente se le introduzca el agua, ms aumenta la capacidad de la
caldera.Tanque deareador o desaereador: Cuando las calderas
instaladas sobrepasan de 200 caballos caldera, para produccin de
vapor, se justifica la utilizacin de este tipo de tanque, que
cumple con las mismas funciones del tanque de condensados, adems de
que remueve el excedente de aire y los gases corrosivos (oxgeno,
bixido de carbono) a travs de un deareador que se instala en su
interior para crear corriente de vapor que obligue a salir por el
venteo (puede ser automtico o manual).TRANSMISION DE CALORLa
transmisin de calor desde la fuente caliente (gases de combustin)
al fluido de trabajo (agua vapor) se realiza a travs de la
superficie de intercambio, en este caso, las paredes de los tubos
del generador.
El proceso reconoce tres efectos:
1. Radiacin (desde los gases calientes y luminosos hacia las
paredes externas de los tubos)2. Conveccin (desde los gases en la
capa lmite contra la pared exterior de los tubos)3. Conduccin
(entre las superficies externa e interna de los tubos)4. y
nuevamente conveccin en la capa lmite de la superficie interna de
los tubos hacia el fluido de trabajo.
TiroEs la diferencia entre la presin de la caldera y la presin
atmosfrica.El tiro es necesario para el funcionamiento del hogar de
una caldera, con el fin de poderle suministrar el aire necesario
para la combustin del combustible y arrasar los gases quemados
hacia el exterior a travs de la chimenea
Tiro NaturalSe 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 MecnicoEs el tiro creado por la accin de inyectores de
aire, vapor o mediante ventiladores, el cual se requiere cuando
deba mantenerse un determinado tiro con independencia de las
condiciones atmosfricas y del rgimen de funcionamiento de la
caldera
Funcionamiento de una CalderaCiclo CombinadoEste 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.....
55
Esquemtico del Ciclo Combinado56COMBUSTION 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 as, se ha imaginado la
magnitud de la explosin?
La energa que se libera en una explosin 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 explosin 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 travs de los grifos de prueba y sobre todo, est seguro de
haber corregido el problema antes de arrancar nuevamente Son
aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustin
pasan por tubos que se encuentran sumergidos en el agua.
Ventajas:
Menor costo inicial debido a su simplicidad de diseo.
Mayor flexibilidad de operacin
Menores exigencias de pureza en el agua de alimentacin.
Inconvenientes:
Mayor tiempo para subir presin y entrar en funcionamiento.
No son empleables para altas presiones
Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la
combustin rodean tubos por cuyo interior circula agua.
Ventajas:
Pueden ser puestas en marcha rpidamente.
Son pequeas y eficientes.
Trabajan a 30 o mas atm.
Inconvenientes:
Mayor consto
Debe ser alimentadas con agua de gran pureza.
