Instructor: Ing. José Manuel García Pantigozo SEMESTRE I - 2014
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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
Calderas en Centrales Térmicas
DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR
CAL DE DER ROS I ND NDUS USTRI TRI AL ES Son
equipos para transferir calor producido por la combustión de un combustible determinado Se emplean para producir agua caliente, vapor saturado, vapor sobrecalentado
CAL DE DER ROS I ND NDUS USTR TRII AL ES E s u n r ecipi en te ce cerr r ad ado o el 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 at m osf sfé é r i ca.
CAL ENTAM I ENTO DE EQUI EQ UI POS D E L PRO ROCES CESO O U n o o mas calde calderr os pr propo oporr ci cionan onan el vap vapor or n ece cessar arii o
par a us para u sar arll o en en l as máqu quii n as y equ equii pos de l a plan pl anta ta en en el pr proce ocesso de cal cale en tami en to L a combu combussti ón si empr e pr produ oduce ce mate materr i al de de dessech cho o h ol olll ín ,ce ,cen n i zas as,, hu h u mo L as tr ampas de vapo vaporr son di disspos posii ti vos qu que e se col colocan ocan despu des pué é s de u n equ quii po par a separ separ ar el vapo vaporr h úm edo dell vapo de vaporr satu aturr ado es esta agua agu a cali cal i en te se de den n omi omin na conden conde n sado el mi missmo r etor n a al calde calderr o.
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
CL AS ASII F I CAC ACII ON DE D E L OS CALDEROS disposii ció ción n de l os f l ui dos a ) Por l a dispos - De D e tu tubos bos de agua (acuotu (acu otubul bul ar are es) - De D e tu tubo boss de h um umo o (pir otubu otubull ar are es) b) Por Por l a ci ci r cul culac acii ón de agua
- Cir cul ac acii ón natural natur al -Cirr cul -Ci culac acii ón asi asi stitida da - Cir Ci r cul culac acii ón f orz orzad ada a
CL AS ASII F I CAC ACII ON DE D E L OS CALDEROS c) Por el me mecani canissmo de tr ans ansmi missor de calor
- D e convec convecci ció ón - De D e r adiació adiación n - De D e r adiaci adiació ón y con con ve vecció cción n d) Por el combus combustitibl ble e empl mple eado
- D e ca carr bó bón n mi mine nerr al -D e combu combussti bl ble e l íqu quii do - De D e combu combussti bl ble e gas gase eos oso o -Nucleares
CL AS ASII F I CAC ACII ON DE D E L OS CALDEROS Po Porr l a pre pr esi ón de tr aba abajj o:
- Su bcr ít i co - D e baj baja a pre pr esi ón p< 20 Kg K g /cm2 - De D e al alta ta pr pre esi ón p> 64 K g/ cm2 Su per percr cr ít i co Por el tir o: – Tir o natural natural – Ti r o f orz orzad ado o – Ti Tirr o inducido inducido
CALDERO PIROTUBULAR
Call der o pi r otubul ar Ca Los gases de combustión circulan por dentro de los tubos, y el agua los rodea por fuera
Call der o pi r otubul Ca tubula ar Además de los elementos de instrumentación elemental como manómetro y presostato (PI y PS respectivamente), debe considerarse los siguientes elementos: Controll de nivel – · Contro – · 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.
Call der o pi r otubul Ca tubula ar
Calderas Igneotubulares o Pirotubulares:
Calderas Igneotubulares o Pirotubulares: Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustión pasan pasan por tubos que se encuentran encuentran sumergidos sumergidos en 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. alimentación. Inconvenientes: Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento. No son empleables empleables para altas altas presiones
CALDERO ACUATUBULAR
Call der o ac Ca acu atu tub b u l ar Son aquellos en los que el agua o vapor circula por dentro de los tubos. El esquema funcional es el siguiente:
Call de Ca derr o ac acu otu tub bu l ar
Call der o ac Ca acu atu tub b u l ar
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 Son aquellas en que los gases y humos humos prove provenient nientes es de la combustión combustión rodean rodean tubos por cuyo cuyo interior interior circula circula agua. agua. Ventajas: Pueden ser puestas en marcha rápidamente. Son pequeñas y eficientes. Trabajan a 30 o mas atm. Inconvenientes: Mayor consto Debe 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 una reserva mínima mínima de agua, agua, suficiente para
alimentar a la caldera durante 20 minutos; esto determina las dimensiones que debe tener.
– Recuperar el agua suave de de los retornos de de los condensados. condensados.
Para mantener económica la producción de vapor, debe d ebe recolectarse el condensado, ya que es agua suavizada su avizada 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. 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, condensados, además 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) 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 Radiación (desde (desde los gases calientes y luminosos hacia las paredes
externas de los tubos) – 2. Convección Convección (desde (desde los gases en la capa límite contra la pared exterior de los tubos) Conducción (entre (entre las superficies externa e interna de los tubos) – 3. Conducción – 4. y nuevamente convección convección en 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 d e calor.....
Esquemático del Ciclo Combinado
COMBUSTION COMPLETA ESTEQUIOMETRICA
COMBUSTION COMPLETA CON EXCESO DE AIRE
CONS NSUM UM O DE CO COM BUS BUSTI TI BL E APRO APROXI M ADO EN F UNC UNCII ON DE L A PO POTENC TENCII A hP
