“AÑO DE LA DIVERSIFICACION PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN”
UNIVERSIDAD NACIONAL
DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA INFORME DE LABORATORIO SOBRE DISEÑO Y MANTENIEMIENTO MANTENIEMIENTO DE UN CALDERO CALDERO CÁTEDRA
: MECANICA DE FLUIDOS II
CATEDR CATEDRÁ ÁTICO TICO : ING. ING. DEME DEMETRI TRIO O LEÓN LEÓN AY AYALA GRUPO
: II
ALUMNO
: CAJAHUANCA PAITA ANGEL DANDY
SEMESTRE
: VI HUANCAYO 201
RESUMEN En este trabajo se presenta el informe sobre la realización de una práctica de laboratorio referida a la recolección de datos para el diseño y mantenimiento de un caldero las cuales son máquinas de vapor alternativas de variada construcción han han sido sido usad usadas as dura durant nte e much muchos os años años como como agen agente te moto motorr, pero pero han han ido ido perdien perdiendo do gradua gradualme lmente nte terreno terreno frente frente a las turbin turbinas. as. Entre Entre sus desvent desventaja ajass encontramos la baja velocidad y como consecuencia directa el mayor peso por k de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura. !entro de los diferentes tipos de calderas tenemos el pirotubular y acuotubular pero pero en un inic inicio io se han han cons constr trui uido do cald calder eras as para para trac tracci ción ón,, util utiliz izad adas as en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros. !onde vemos 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 el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos. #ara medir la potencia de la caldera, y como dato anecdótico, att recurrió a medir la potencia promedio de muchos caballos, y obtuvo unos $$.%%% libras" pie& pie&mi minu nuto to o sea sea ''% ''% libr libras" as"pi pie& e&seg seg., ., valor valor que que denom denomin inó ó () ()*+ *+E E #)E* #)E*,, potencia de un caballo. #osteriormente, al transferirlo al sistema mtrico de unidades, daba algo más de - kgm&seg. #ero, la )ficina )ficina /nternacional /nternacional de #esos y 0edidas 0edidas de #ar1s, resolvió resolvió redondear ese valor a -' más fácil de simplificar, llamándolo 23aballo 4apor2 en homenaje a att.
SEMESTRE
: VI HUANCAYO 201
RESUMEN En este trabajo se presenta el informe sobre la realización de una práctica de laboratorio referida a la recolección de datos para el diseño y mantenimiento de un caldero las cuales son máquinas de vapor alternativas de variada construcción han han sido sido usad usadas as dura durant nte e much muchos os años años como como agen agente te moto motorr, pero pero han han ido ido perdien perdiendo do gradua gradualme lmente nte terreno terreno frente frente a las turbin turbinas. as. Entre Entre sus desvent desventaja ajass encontramos la baja velocidad y como consecuencia directa el mayor peso por k de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura. !entro de los diferentes tipos de calderas tenemos el pirotubular y acuotubular pero pero en un inic inicio io se han han cons constr trui uido do cald calder eras as para para trac tracci ción ón,, util utiliz izad adas as en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros. !onde vemos una caldera multi"humotubular con haz de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir los gases de combustión caliente, pasan por el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos. #ara medir la potencia de la caldera, y como dato anecdótico, att recurrió a medir la potencia promedio de muchos caballos, y obtuvo unos $$.%%% libras" pie& pie&mi minu nuto to o sea sea ''% ''% libr libras" as"pi pie& e&seg seg., ., valor valor que que denom denomin inó ó () ()*+ *+E E #)E* #)E*,, potencia de un caballo. #osteriormente, al transferirlo al sistema mtrico de unidades, daba algo más de - kgm&seg. #ero, la )ficina )ficina /nternacional /nternacional de #esos y 0edidas 0edidas de #ar1s, resolvió resolvió redondear ese valor a -' más fácil de simplificar, llamándolo 23aballo 4apor2 en homenaje a att.
INTRODUCCION 5na caldera de vapor es un equipo trmico cuya función es aprovechar la energ1a calo calor1 r1fifica ca de un comb combus ustitibl ble, e, para para gene genera rarr vapo vaporr de agua agua,, en dife difere rent ntes es condiciones utilizables en procesos industriales. 6as 3alderas o 7eneradores de vapor son instalaciones industriales que aplicando el calor de un combustible sólido, l1quido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria. (asta principios principios del siglo 8/8 se usaron calderas calderas para teñir ropas, producir vapor para limpieza, etc., hasta que #apin creó una pequeña caldera llamada 2marmita2. +e usó vapor para intentar mover la primera máquina, la cual no funcionaba durante mucho tiempo ya que utilizaba vapor h9medo :de baja temperatura; y al calentarse sta dejaba de producir trabajo 9til. 6uego de otras e
-? y desarrollada posteriormente por =ames att en >--. /nicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua, de cili cilind ndros ros vert vertic ical ales. es. Ella Ella fue fue la impu impuls lsor ora a de la revol revoluc ució ión n indu indust stri rial al,, la cual cual comenzó en ese siglo y contin9a en el nuestro.
MARCO TEORICO DEFINICION 5na caldera de vapor es un equipo trmico cuya función es aprovechar la energ1a calor1fica de un combustible, para generar vapor de agua, en diferentes condiciones utilizables en procesos industriales. @ambin podemos decir en trminos muy simples y genricos que un caldero o caldera, como tambin se le denomina, es básicamente un recipiente a presión, cerrado, en el que se calienta agua para uso e
NORMAS DE DISEÑO: Antiguamente, no e, Es la parte encargada de diseño, tiene distintas partes que comprenden cálculo de espesores, cálculo de aberturas, cone
Es necesario verificar que la empresa de este tipo de equipos este certificada en cuanto a calidad, lo que implica que dicho fabricante usa alguna de estas normas para la fabricación y montaje. @ambin los materiales y los mtodos de construcción están controlados por los requisitos para el trabajo a presión y por el código A+0E para calderas y tanques de presión.
PARTES DE UNA CALDERA 6as calderas de vapor, básicamente constan de F partes principalesC
• Cámara de aga! *ecibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera. El nivel de agua se fija en su fabricación, de tal manera que sobrepase en unos >' cms. #or lo menos a los tubos o conductos de humo superiores. 3on esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua. +eg9n la razón que e'% ( de agua por cada mF de superficie de calefacción. 6as calderas de mediano volumen de agua están provistas de varios tubos de humo y tambin de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la superficie de calefacción, sin aumentar el volumen total del agua. 6as calderas de pequeño volumen de agua están formadas por numerosos tubos de agua de pequeño diámetro, con los cuales se aumenta considerablemente la superficie de calefacción. 3omo caracter1sticas importantes podemos considerar que las calderas de gran volumen de agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión
del vapor y el nivel del agua, pero tienen el defecto de ser muy lentas en el encendido, y debido a su reducida superficie producen poco vapor. +on muy peligrosas en caso de e
• Cámara de "a#$r! Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en ella debe separarse el vapor del agua que lleve una suspensión. 3uanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente tambin la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor.
TIPOS DE CALDERAS
E
5so #resión de trabajo 0aterial del que están construidas @amaño 3ontenido de los tubos Borma y posición de los tubos Buente del calor 3lase de combustible Bluido generado #osición del fogón
En este caso se realizara una clasificación seg9n el tamaño donde se trata de incluir a la mayor1a de los tipos de caldero que están considerados en los otros parámetros de clasificación.
CALDERAS DE %RAN VOLUMEN DE A%UA! Ca&dera' Se()*&&a'! Estas calderas se componen de un cilindro de planchas de acero con fondos combados. En la parte central superior se instala una c9pula cil1ndrica llamada domo, donde se encuentra el vapor más seco de la caldera, que se conduce por cañer1as a las máquinas. 6as planchas de las calderas, as1 como los fondos y el domo se unen por remachadura. Esta caldera se monta en una mamposter1a de anillos refractario, y all1 se instalan el fogón carnicero y conducto de humo. En el hogar, situado en la parte inferior de la caldera, se encuentran las parrillas de fierro fundido y al fondo un muro de ladrillos refractarios, llamado altar, el cual impide que se caiga el carbón y eleva las llamas acercándolas a la caldera.
Ca&dera' )$( +er"*d$re'! Este tipo de calderas surgieron bajo la necesidad de producir mayor cantidad de vapor. 6os hervidores son unos tubos que se montan bajo el cuerpo cil1ndrico principal, de unos >F metros de largo por >.'% metros de diámetroG estos hervidores están unidos a este cilindro por medio de varios tubos adecuados. 6os gases del hogar calientan a los hervidores al ir hacia adelante por ambos lados del cuerpo cil1ndrico superior, tal como en la caldera anteriormente mencionada. 6as ventajas de estas calderas, a comparación de las otras, es por la mayor superficie de calefacción o de caldeo, sin aumento de volumen de agua, lo que aumenta la producción de vapor. +u instalación, construcción y reparación es sencilla. 6os hervidores pueden cambiarse o repararse una vez dañados. 6a diferencia de dilatación entre la caldera y los hervidores pueden provocar escape de vapor en los flanches de los tubos de unión y, a veces, la ruptura. Esta es una de las desventajas de esta caldera.
Ca&dera' de +$gar I(,er*$r! En este tipo de calderas, veremos las caracter1sticas de funcionamiento de la caldera con tubos hogares 2cornualles2. Estas calderas están formadas por un cuerpo cil1ndrico principal de fondos planos o conve
efect9en un triple recorridoC hacia adelante por los tubos hogares, atrás por un conducto lateral, adelante por el segundo conducto y finalmente a la chimenea. 6os tubos hogares se construyen generalmente de plantas onduladas, para aumentar la superficie de calefacción y resistencia al aplastamiento.
Ca&dera de Med*a($ V$&me( de Aga :/gnitubulares;. Ca&dera Sem*,-&ar! Esta caldera se compone de un cilindro mayor de fondos planos, que lleva a lo largo un haz de tubos de $2 a H2 de diámetro. 6os tubos se colocan e
ambas planchas. 6os tubos se fijan por e
Ca&dera' Mar*(a'! 6os buques a vapor emplean calderas de tubos de humo y de tubos de agua. Entre las primeras se emplean frecuentemente las llamadas 2calderas de llama de retorno2 o 2calderas suecas2. Este tipo de calderas consta de un cilindro e&F metros de diámetro y de una longitud igual o ligeramente menor. En la parte inferior van dos o tres y hasta cuatro tubos hogares, que terminan en la caja de fuego, rodeado totalmente de agua.
6os gases de la combustión se juntan en la caja de fuego, donde terminan de arder y retoman, hacia atrás por los tubos de humo, situados más arriba de los hogares. Binalmente los gases quemados pasan a la caja de humo y se dirigen a la chimenea. +emifijas. En algunas plantas elctricas, aserraderos, molinos, etc., se emplea el conjunto de caldera y máquina vapor que recibe el nombre de 2semifija2. 6a caldera se compone de un cilindro mayor, donde se introduce el conjunto de hogar cil1ndrico y haz de tubos, apernado y empaquetados en los fondos planos del cilindro e
Ca&dera' C$m-*(ada'! 6as construidas con más frecuencia son las calderas de hogar interior y semitubular. En la parte inferior hay una caldera 3ortnualles de dos o tres tubos hogares o una 7alloIay, combinada con una semi tubular que se sit9a más arriba. Ambas calderas tienen unidas sus cámaras de agua y de vapor, por tubos verticales. 6os hogares se encuentran en la caldera inferior. 6os gases quemados se dirigen hacia adelante, suben y atraviesan los tubos de la caldera superior, rodean despus a esta caldera por la parte e
El agua de alimentación se entrega a la caldera superior y una vez conseguido el nivel normal de sta, rebalsa por el tubo vertical interior a la cámara de agua de la cámara inferior. Ambas calderas están provistas de tubos niveles propios. El vapor sube por el tubo vertical e
CALDERAS DE PE.UEÑO VOLUMEN DE A%UA A)$,-&are' 6as calderas acuotubulares :el agua está dentro de los tubos; eran usadas en centrales elctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor, para accionar las máquinas a vapor de principios de siglo. En estas calderas, los tubos longitudinales interiores se emplean para aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más fr1a por la parte más baja. )riginalmente estaban diseñadas para quemar combustible sólido. 6a producción del vapor de agua depende de la correspondencia que e
T*#$'
de
#roducción;
)a&dera'
a)$,-&are'
:@ipos,
3aracter1sticas,
5n ejemplo de estas calderas es la caldera acuotubular +@E/D0J66E*. Estas calderas mi'%% kg&hora cada una, a una presión de rgimen de >$ atm. absolutas y $%% K3 de temperatura. !esde su construcción estaban preparadas para quemar carbón, pero en el año >?'- el #rof. 6orenzo 6ambruschini con la ayuda de sus alumnos, le incorporó sopladores y quemadores para combustibles l1quidos. En general los tubos son la parte principal de la caldera, y dos o tres accesorios llamados colectores, en donde se ubican las válvulas de seguridad, termómetros, tomas de vapor, entrada de agua, etc. A lo largo de los 9ltimos '% años, el concepto sobre el que se basa el proyecto de los generadores de vapor, ha sufrido cambios fundamentales como consecuencia de las innumerables investigaciones que permitieron conocer los procesos de la combustión, transmisión del calor, circulación del agua y de la mezcla agua"vapor y del acondicionamiento del agua de alimentación. 6as calderas se construyen en una amplia variedad de tamaños, disposiciones, capacidades, presiones, y para aplicaciones muy variadas.
6a caldera de la derecha tiene un hogar con dos entradas para ingreso del combustible sólido, con los tubos hervidores horizontales y domo frontal superior, con las válvulas de seguridad incorporadas. Es para una presión de unas $% atm. y una temperatura de unos H%% K 3.
En las calderas anteriores, la izquierda en cambio, es del tipo humotubular altamente reforzada, con tubos sobrecalentadores en los mismos conductos de humo, preparada para combustible l1quido o gaseoso, y aplicaciones navales )tros tipos de caderas acuotubulares. 6as calderas de vapor verticales acuotubulares marca )60A*, están formadas por un tubo de gran diámetro en su interior al que se acoplan una serie de colectores por los que circula el agua. Este tipo de calderas permiten una muy fácil accesibilidad a su interior y están especialmente diseñadas para pequeñas industrias tales como tintorer1as, lavander1as, lácteos, panader1as. 6as calderas verticales )60A*, se construyen con producciones que var1an desde la obtención de -% Lg&h hasta >.F%% Lg&h y a unas presiones comprendidas
entre F y >H Lg&cmF. +e utilizan distintos tipos de combustibles, pero no solo los l1quidos, sino que las calderas verticales )60A*, permiten la construcción de hogares especiales para combustibles sólidos, tales como orujillo, madera, e incluso en algunos casos se fabrican con hogares mi
Ve(,a/a':
6a 3aldera de tubos de agua tiene la ventaja de poder trabajar a altas presiones dependiendo del diseño hasta $'% psi. +e fabrican en capacidades de F% (# hasta F,%%% (#. #or su fabricación de tubos de agua es una caldera 2/DE8#6)+/M6E2. 6a eficiencia trmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de humo, ya que se fabrican de $, H y pasos dependiendo de la
capacidad. El tiempo de arranque para producción de vapor a su presión de trabajo
no e
requerimientos de normas. +on equipos tipo paquete, con todos sus sistemas para su operación
automática. +on utilizados quemadores ecológicos para combustóleo, gas y diesel.
+istemas de modulación automática para control de admisión aire"
combustible a presión. El vapor que produce una caldera de tubos de agua es un vapor seco, por lo que en los sistemas de transmisión de calor e
Ca&dera 0a-)$)123*&)$4! 3ompuesta de uno hasta tres colectores superiores de agua y vapor, unidos al haz de tubos rectos inclinados por ambos e
Ca&dera' S,*r&*(g!
3onstan de tres colectores superiores dispuestos paralelamente entre s1, con sus cámaras de vapor interconectadas por tubos de acero. 6as cámaras de agua de los dos primeros colectores están comunicadas. 6os colectores superiores están conectados al inferior mediante tres haces de tubos delgados, e
Ca&dera 0$r'*g! 3ompuesta de un colector superior de agua y vapor, unido al inferior de agua e impurezas por un haz de tubos verticales curvados en sus e
!e descenso del agua :?%">F mm. diámetro;.
P
!e vaporización :'$,'"% mm. diámetro;.
El agua de alimentación es inyectada en forma directa a los tubos de descenso, que están provistos de un embudo, mientras que el otro embudo donde terminan esos tubos por su parte inferior, permite la precipitación de los sedimentos sobre el fondo del hervidor superior.
El agua más caliente sube por los tubos de vaporización al colector superior, de donde se e
Ca&dera Yarr$5 6 T7$r(6)r$8,! Empleadas principalmente en buques de vapor. 3ompuestas ambas de un colector superior y de dos inferiores, unidos por dos haces de tubos. 6a caldera QarroI tiene los colectores inferiores achatados para as1 facilitar la e
C$( ,-$' de +m$ 6 de Aga! Están compuestas de un cilindro mayor con un hogar cil1ndrico y tubos de humo, de agua o de ambos a la vez. El hogar es interior y queda rodeado de una parte de la cámara de agua. 6os gases ascienden verticalmente a lo largo de los tubos de humo o rodean los tubos de agua, entregándoles la mayor parte de su calor. +on montados sobre una base de concreto y ladrillos refractarios. +on empleados en la pequeña industria. #adecen en general de algunos defectos, tales comoC
*endimiento bajo por combustión deficiente y escape caliente de humos. !estrucción rápida de los tubos al nivel del agua por el recalentamiento de
ellos. +on peligrosas en caso de e
3omo cualidades positivas presentanC +on de fácil construcción. )cupan reducido espacio y son fáciles de ubicar.
P*r$,-&are'! 6a caldera de vapor pirotubular, concebida especialmente para aprovechamiento de gases de recuperación presenta las siguientes caracter1sticas. El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cil1ndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor. 6a circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de humos. El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cámara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de cone
T*#$' de )a&dera' #*r$,-&are' :@ipos, 3aracter1sticas, #roducción; Ca&dera' 7$r*9$(,a&e' 6as calderas de vapor pirotubulares )60A*, se fabrican con producciones comprendidas entre un m1nimo de F%% Lg&h y un má-.%%% Lg&h y con presiones que pueden oscilar desde O Lg&cmF hasta FH Lg&cmF. 3ada unidad pasa por estrictos controles durante el proceso de fabricación. 6os resultados de estos controles, a los que se suman los que realizan nuestros proveedores en su propio material, conforman un E
/gual atención que el proceso de fabricación, nos merece el mantenimiento de las máquinas, para lo cual la empresa dispone de tcnicos especialmente formados pudiendo as1 garantizar un servicio de asistencia rápido y profesional.
MATERIALES: En el desarrollo del presente trabajo, se emplean diversos materiales, entre los cuales tenemosC
!inamómetro @acómetro 0edidor de flujo 0anómetros @ermómetros Equipo de seguridad para manipuleo 3omputadora /mpresora /nternet Stiles de escritorio 0aterial Mibliográfico
MTODOLO%IA: 3omo proceso de la práctica de laboratorio se ha efectuado evaluaciones de los diversos componentes del caldero de vapor, de sus componentes y elementos que lo constituyen en este caso nos encontramos frente a un caldero de tipo
pirotubular, luego de revisar sus caracter1sticas y tomar sus medidas nos permite realizar la planificación y las acciones correspondientes. A simple vista podemos inferir las acciones de mantenimiento correctivo y preventivo, predictivo que se necesita en los diversos sistemas del caldero de vapor y de las instalaciones para transporte de vapor. As1 como tambin se han recogido información histórica acerca de e
CONCLUSIONES
3omo conclusión principal del presente trabajo podemos reconocer la importancia fundamental que les corresponde a las calderas de vapor en diversos procesos industriales, donde el vapor es el elemento principal, siendo usada en las plantas de conservas de pescado, carnes etc. en la industria te
RECOMENDACIONES
5na vez finalizada la práctica y la recolección de datos, nos permitimos hacer algunas recomendaciones puntuales, a manera de gu1a para lograr en forma sencilla la práctica del mantenimiento eficiente del calderoC
El caldero como parte inicial del mantenimiento necesita de una limpieza general de sus componentes y para poder realizar un correcto
dimensionamiento. 6uego realizar un correcto dimensionamiento de los componente con los
instrumentos adecuados 6uego se debe realizar en forma conjunta la planificación del proceso de
mantenimiento !el mismo modo se debe de forma conjunta la ejecución del mantenimiento
para optimizar el proceso de aprendizaje. 6uego de dejar operativo el equipo se debe de colocar en un lugar
apropiado que nos produzca su deterioro 3omo parte de conservar el equipo tambin es el adecuado uso u operativizacion para lo se debe implementar un flujograma que se encuentre junto al equipo donde se e
0I0LIO%RAFIA
>
*)ME*@ 6. 0)@ :>??;
0ecánica de fluidos aplicada. Hta edición. 0
F
0E*6E 3. #)@@E* :>??O; 0ecánica de Bluidos. $ra edición. 3iencias de la /ngenier1a
$
*)ME*@ . B)8 :>??O;
0ecánica de Bluidos Hto Edición. Edit. 0c 7raI (ill
H
4/3@)* 6. +@*EE@E*.
0ecánica de los Bluidos. Hto Edición. Edit. 0c 7raI (ill
'
+3(A50
0ecánica de los fluidos e hidráulica. $ra Edición. Edit. 0c 7raI (ill
-
Q5D5+ A .3ED7E6 U
0ecánica de fluidos. Bundamentos y aplicaciones.
=)(D 0 .3/0M6A
Edit. 0c 7raI (ill
+(A0E+, /*4/7 (.
0ecánica de Bluidos. $ra Edición. Edit. 0c 7raI (ill
ANE;OS
