Tema 1 Generacion Vapor

8/3/2019 Tema 1 Generacion Vapor

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Docente: Jos Luis Ferreira

Generadores de Vapor

1.- Introduccin

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de uncombustible slido, lquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria.

En algunos casos el vapor generado es llevado a los puntos de consumo para utilizar su fuerza, y en otrospara utilizar su calor.

Antes de estudiar en detalle los equipos generadores de vapor, y las disposiciones legales sobre suinstalacin, mantencin y operacin, conviene conocer el proceso fsico de generacin del vapor y losdiferentes conceptos involucrados al mismo, tales como: calor, presin, temperatura etc.

UNIDAD N1: TEORA BSICA DE GENERACIN DE VAPOR

Qu es el vapor?

Como otras substancias, el agua puede estar en estado slido, llamado hielo, en estado lquido, que escuando la llamamos agua, o como gas, llamado vapor. En este curso centraremos la atencin en las faseslquido y gas y en el cambio de una fase a la otra.

Vapor de agua

El vapor de agua es un gas que se obtiene por evaporacin o ebullicin del agua lquida o por sublimacindel hielo. Es inodoro e incoloro.


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CONCEPTOS GENERALES

El vapor es usado en la industria por lo conveniente y econmico para el transporte de energa ycalor.

La energa del combustible es transportada por el proceso de combustin al agua, vaporizndola. El vapor generado es llevado a los puntos de consumo para utilizar, ya sea por: su fuerza o su

cantidad de calor

1. TEORA BSICA DE LA GENERACIN DE VAPOR

Si en un depsito estuviera abierto y se coloca una cierta cantidad de agua y se le aplica calor, ste setransmite al agua a travs de las paredes del depsito.

Si se est a la presin atmosfrica normal, la temperatura del agua subir hasta llegar a los 100C. A estatemperatura el agua hervir y comenzar a producir vapor por ebullicin.

La temperatura del agua permanecer a 100C durante todo el tiempo que el depsito est abierto, aunquese le aplique ms calor, pero el agua continuar transformndose en vapor.

Ahora bien, si el depsito est cerrado, y el vapor no sale, la presin en el interior del depsito aumentar.

Al haber mayor presin aumentar tambin la temperatura.

Mientras ms alta es la presin, el agua hierve a mayor temperatura.

Mientras ms se calienta el agua, ms subir la temperatura y la presin. Cuando se deja de aplicar calor,el vapor se enfra y se condensa, es decir vuelve a su estado lquido.

Circuito TCircuito Tpico de Vaporpico de Vapor

Cuba Cuba

Caldera

Bomba deAlimentacin

Tanque deAlimentacin

Aguade Red

Batera

Condensado

Condensado

Vapor

Vapor

VaporTanque deProceso

Sistema deCalefaccin


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Conceptos

VAPORIZACIN: Paso del estado lquido del agua al estado de vapor. Se produce por evaporacin opor ebullicin.

EVAPORACIN: Es la produccin lenta de vapor en la superficie libre del lquido a temperaturas

superiores a 0 La evaporacin se hace tanto ms rpida cuando mayor sea la superficie del lquido ytemperatura.

EBULLICIN: Si se calienta progresivamente un lquido contenido en un vaso destapado, llega unmomento en que se inicia la ebullicin, que es cuando toda la masa lquida se comprenden burbujas devapor que estallan tumultuosamente en la superficie (el lquido hierve).


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2. CALOR

El calor es una forma de energa. Todos los cuerpos estn formados por molculas, las que siempre estnen movimiento. El calor es justamente esto.

La manifestacin del movimiento de las molculas de los cuerpos.

Mientras ms rpido se muevan las molculas de un cuerpo, ms caliente estar el cuerpo.

Se dijo que el calor es una forma de energa, es decir, tiene capacidad para producir un efecto. Los efectosms conocidos del calor son:

Cambio de estado fsico- Funde los cuerpos slidos- Evapora los lquidos

Cambio de volumen- Dilata los cuerpos slidos

Todo cuerpo capaz de calentar a otro, se le considera como fuente de calor

2.1 Transmisin del Calor

El Calor es una energa en trnsito, siempre pasa del cuerpo de mas temperatura al de menor temperatura,esta energa se puede transmitir de tres formas:

Conduccin: a travs de los slidosConveccin : a travs de los fluidosRadiacin : cualquier cuerpo caliente emite un tipo de onda electromagntica denominada ondas oradiacin infrarroja que se propaga por el aire de una forma similar a la luz.


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2.2 Conductividad Trmica

Facilidad o dificultad con que una sustancia transmite el calor o se deja atravesar por l.

Esta conductividad variar de una sustancia a otra para una misma sustancia, depende de la temperatura, su peso especfico y la humedad

2.3 Medicin del calor

Hay dos parmetros que se pueden del calor:

La cantidad de calor La temperatura

Como a menudo se confunden ambas cosas, veremos la diferencia en el siguiente ejemplo:

Los cuerpos A y B de la figura, son de la misma sustancia, pero el volumen y masa de A es el doble de B.Si ambos estn a la misma temperatura, tienen el mismo grado de calor, pero A tiene el doble de cantidadde calor que B.

A B

CANTIDAD DE CALOR

Para poder medir el mayor o menor grado de calor, se ha determinado una forma convencional y prcticade efectuar su medicin, llamada, Caloria


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KCALORA:

Cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 litro (1 Kilo) de agua en 1C.

En el sistema de medidas Ingls, para medir cantidades de calor se usa la unidad BTU, que es igual a lacantidad de calor que se debe aplicar a una libra de agua para subir su temperatura en 1F.

1 Kcal = 3,968 BTU1 BTU = 0,252 Kcal1 Kcal = 1.000 Caloras

Para calentar el agua y transformarla en vapor, se necesita calor. Segn ello tenemos

CALOR SENSIBLE DE VAPORIZACIN:Es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 litro de agua (desde una t inicial) 0C hasta 100C.

CALOR LATENTE DE VAPORIZACIN:Es la cantidad de calor necesaria para convertir 1 Kg de agua que est a 100C , en vapor de agua a lamisma temperatura. El calor latente vale 537 a 539 para el agua a la presin atmosfrica normal.(utilizaremos 540 caloras)

CALOR TOTAL DE VAPORIZACIN:Cantidad de calor necesaria para convertir 1 litro de agua desde 0C en vapor a 100C

Ejemplo

Cuantas Caloras se requieren para transformar completamente en vapor a 100 C, 2.400 litros de aguaque estn a una temperatura de 15 C.?


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Se necesitaron 1.958.400 Kcaloras para transformar completamente en vapor a 100 C 3.200 litros deagua. Cuanto era la temperatura inicial del agua?

Si se aade calor al agua, su temperatura aumenta hasta que alcanza un valor a partir del cual ya no puedesubsistir como lquido. A este valor lo llamamos "punto de saturacin". Cualquier nueva adicin deenerga provoca que parte del agua hierva y se convierta en vapor

Esta evaporacin requiere cantidades de energa relativamente importantes y mientras sta se estaadiendo, el agua y el vapor formado permanecen a la misma temperatura. Igualmente, si conseguimosque el vapor libere la energa que se aadi cuando se form, condensar y se formar agua a la mismatemperatura.

Vapor Seco y Vapor Hmedo

Hay que decir que las Tablas de Vapor muestran las propiedades del llamado "Vapor saturado seco". Esun vapor que ha sido evaporado completamente, es decir, no contiene gotas de agua lquida. En laprctica, el vapor a menudo arranca pequeas gotas de agua, con lo que ya no puede ser descrito comovapor saturado seco. Sin embargo, es importante que el vapor utilizado para procesos o calefaccin sea loms seco posible.


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Tablas de Vapor

Son las gotas de agua en suspensin las que hacen visible al vapor hmedo. El vapor como tal es un gastransparente pero las gotas de agua le dan un aspecto blanquecino al reflejar la luz.

Generacin del vapor

La energa calorfica se transmite a travs de las paredes del hogar de la caldera hasta el agua. Mediante laadicin de esta energa calorfica la temperatura del agua aumenta y cuando alcanza el punto desaturacin, hierve.

La energa calorfica adicionada que ha tenido como efecto el aumento de la temperatura del agua, sellama entalpa del agua saturada (smbolo hf).

El agua a una temperatura igual a la de su punto de ebullicin se llama agua saturada. La entalpaespecfica del agua a 0C se toma habitualmente como cero. La capacidad calorfica especfica del agua es

de 4,186 KJ/Kg. C.Por lo tanto, aumentar la temperatura de 1 Kg de agua de 0C a 100C (punto de ebullicin a la presinatmosfrica) requerir una entalpa especfica de agua saturada de 4,186 x 100 =418,6 KJ.

Entalpa en kJ/kg

Presin Manomtrica Temp. Agua Evaporacin Vapor

Volumen

Seco

Saturado

bar C hf hfg hg m3/kg

0 100 419 2257 2676 1,673

1 120 506 2201 2707 0,881

2 134 562 2163 2725 0,603

3 144 605 2133 2738 0,461

4 152 671 2108 2749 0,374

5 159 641 2086 2757 0,315

6 165 697 2066 2763 0,272

7 170 721 2048 2769 0,24

8 175 743 2031 2774 0,215

9 180 763 2015 2778 0,194

10 184 782 2000 2782 0,177

11 188 799 1986 2785 0,163

12 192 815 1973 2788 0,151

13 195 830 1960 2790 0,141

14 198 845 1947 2792 0,132


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EFECTOS DEL AIRE EN LA TEMPERATURA DEL VAPOR

Cuando el aire y otros gases se meten al sistema de vapor estarn ocupando parte del espacio que deberaestar ocupado nicamente por el vapor. Y la temperatura de la mezcla aire/vapor va a ser menor que laque sera para vapor puro. La figura 1 explica el efecto del aire en las lneas de vapor. La Tabla 1 muestrala reduccin en temperatura causadas por diferentes porcentajes de aire a varias presiones.

Ejemplo

Cmara de vapor 100 % vaporPresin Total _ 10 bar (a)Presin de Vapor _ 10 bar (a)Temperatura del Vapor : 184 C

Cmara de Vapor - 90 % vapor y 10 % airePresin Total - 10 bar (a)

Presin del Vapor - 9 bar (a)Temperatura del Vapor 180 C

TIPOS DE VAPOR

a) Vapor Saturado.-

Es el vapor producido a la temperatura de ebullicin del agua. Este vapor puede estar exentocompletamente de partculas de agua sin vaporizar o puede llevarlas en suspensin. Por esta razn, elvapor saturado puede ser seco o hmedo.

b) Vapor Sobrecalentado.-

S el vapor de agua saturado se le aade calor adicional, manteniendo constante su presin, se puedeobtener un vapor seco a mayor temperatura llamado vapor sobrecalentado

3. TEMPERATURA

La temperatura es el nivel calrico de un cuerpo, sin importar la cantidad de calor que ste contenga.

UNIDADES DE MEDIDA

La temperatura se mide en grados. Existen diferentes escalas pero las ms usadas son los gradoscentgrados o Celsius (C) en el sistema mtrico, y los grados Fahrenheit ( F) en el sistema ingls.


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Los instrumentos para medir temperaturas se llaman termmetros. Los ms comunes son los de mercurio

Para temperaturas altas (sobre 500 C) se usan otros instrumentos llamados pirmetros. Los ms comunesson los pirmetros elctricos.

CONVERSIN DE UNIDADES

a) Conversin de grados Fahrenheit a grados Celsius.Frmula:


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Ejemplo: Un termmetro est marcando 68 F. Calcular a cuntos grados Celsius corresponde

b) Conversin de grados Celsius a grados Fahrenheit.Frmula:

F = 9 X C + 32 = 1,8 X C + 325

Ejemplo:Un termmetro est marcando 68 C. Calcular a cuntos grados Fahrenheit corresponde.

4. PRESION

Presin es la fuerza ejercida por unidad de superficie. Es decir, si aplicamos una fuerza de 10 Kgs. en unasuperficie de 5 cm2, significa que en cada cm2 (unidad de superficie), se est ejerciendo una fuerza de 2Kgs. Luego, la presin es de 2 Kgs. por cada cm2.

P = F/S = 10/5 =2 Kgs/ cm2

TIPOS DE PRESIN

a) Presin Atmosfrica.-

Es la presin que ejerce sobre la tierra, el aire que la rodea. Vara para cada lugar segn sea la altura enque se encuentra con respecto al nivel del mar.

b) Presin Efectiva:

Es la presin existente en el interior de un recipiente cerrado.

c) Presin Absoluta.-

Es la suma de la presin atmosfrica y la presin efectiva.

UNIDADES DE MEDIDA Y EQUIVALENCIAS

1 Kg/ cm2 = 14,24 lb/pulg21 Lb/ pulg2 = 0.0702 Kg/cm2

1 Atm = 1,033 kg/cm21 Atm = 14,7 lb/plug2

1 Kg/cm2 = 1 Bar1 Lb/pulg2 = 1 PSI


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INSTRUMENTOS DE MEDICION

a) Manmetros .-Indican la presin efectiva en el interior del recipiente. Pueden estar graduados en

Kgs/cm2, Bar, PSI, Lbs/ pulg2

b) Barmetros.- Sirven para medir la presin atmosfrica.

Un manmetro

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