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Elementos principales y accesorios de calderas: o
Hogar:
También También se denomina fogón y actúa de manera muy semejante a una cámara de combustión. Dentro de él se debe producir una combinación íntima entre el combustible y el comburente (aire). El diseo de sus dimensiones nes (!ltura ura" anc#ur #ura y profu profundi ndidad dad)) debe debe #acers #acerse e para para asegur asegurar ar la combu combusti stión ón completa. $onsiste en un espacio limitado por refractario o en mu c#os casos por paredes de agua.
Del refractario%
!yuda a mantener la temperatura del #ogar.
!celera la combustión.
&esguarda &esguarda y redirige los gases.
o
'rotege el eterior" los colectores y cabeales de la radiación de la llama y gases.
Tubos:
*e unen unen a los los domo domos" s" cole colect ctor ores es"" cabe cabea ale les s y otr otros mediante mandrinado. +a limpiea de los tubos suele lle,arse a cabo introduciendo largas ,arillas. *i un tubo tubo tiene tiene una fuga fuga debe debe anul anular arse se tapá tapánd ndol olo o por por ambos etremos con tapones de cobre (siempre y cuando el número de tubos anulados no sea ecesi,o).
De los Tubos -aporiadores%
*on los tubos dentro de los cuales se produce la ,aporiación.
Eiste Eisten n radian radiantes tes y de con,ec con,ecció ción n según según si están o no epuestos directamente a la llama. El diám diámet etro ro de esto estos s tubos tubos depe depend nde e de la circulación ue eija la caldera. 'ued 'ueden en esta estarr unid unidos os form forman ando do pare parede des s de agua./
De los tubos de caída%
o
*u corrido es en dirección ascendente desde el colector inferior #acia el domo superior su perior..
*on *on los los tubo tubos s ue ue comu comuni nica can n el cole colect ctor or superior con el inferior. Transportan Transportan únicamente agua. Debe Deben n esta estarr alej alejad ados os de la radi radiac ació ión n de la llama. En algu alguna nas s cald calder eras as se inst instal alan an tubo tubos s de soporte del colector.
Colector superior:
Es un recipiente cilíndrico #oriontal.
*u función es separar el agua del ,apor. ,apor.
'ro,eer de espacios donde almacenar el ,apor.
&ecibir &ecibir el agua reuerida por la caldera
&ecibir &ecibir y distribuir los tubos ,aporiadores y de caída.
Del desrecalentador de serpentín%
$ircula por el fondo del domo superior. *u objeti,o es ue el ,apor recalentado ue circula por su interior pierda recalentamiento #asta la saturación.
Eiste Eisten n radian radiantes tes y de con,ec con,ecció ción n según según si están o no epuestos directamente a la llama. El diám diámet etro ro de esto estos s tubos tubos depe depend nde e de la circulación ue eija la caldera. 'ued 'ueden en esta estarr unid unidos os form forman ando do pare parede des s de agua./
De los tubos de caída%
o
*u corrido es en dirección ascendente desde el colector inferior #acia el domo superior su perior..
*on *on los los tubo tubos s ue ue comu comuni nica can n el cole colect ctor or superior con el inferior. Transportan Transportan únicamente agua. Debe Deben n esta estarr alej alejad ados os de la radi radiac ació ión n de la llama. En algu alguna nas s cald calder eras as se inst instal alan an tubo tubos s de soporte del colector.
Colector superior:
Es un recipiente cilíndrico #oriontal.
*u función es separar el agua del ,apor. ,apor.
'ro,eer de espacios donde almacenar el ,apor.
&ecibir &ecibir el agua reuerida por la caldera
&ecibir &ecibir y distribuir los tubos ,aporiadores y de caída.
Del desrecalentador de serpentín%
$ircula por el fondo del domo superior. *u objeti,o es ue el ,apor recalentado ue circula por su interior pierda recalentamiento #asta la saturación.
De las placas de0ectoras%
*ituadas en el fondo del domo.
Disminuyen la ,elocidad del ,apor y el agua
&educen la tendencia al burbujeo y el oleaje.
Del separador de ciclón%
El agua se acumula en las paredes.
El ,apor se acumula en el centro.
El ,apor es en,iado a un depurador. depurador.
o
En el depurador el ,apor cambia iteradamente y de manera nera brusc usca la direcc ección de su circulación. El agua es en,iada al fondo del separador. separador.
De los accesos para tratamiento uímico%
+a coneión coneión de entrada es tangente tangente al cuerpo cuerpo del separador.
1rientan la circulación #acia el separador de ciclón.
2orm 2ormal alme ment nte e el cole colect ctor or pose posee e un tubo tubo de entr entrad ada a para para los los adit aditi, i,os os uím uímic icos os ue ue se aaden al agua. *uele poseer una etracción de super3cie para aceites y espumas.
/+as /+as ,ál, ,ál,ul ulas as y lect lector ores es de ni,e ni,ell se trat tratan an más más adelante.
Colector inferior y cabezales:
También También consiste en un recipiente cilíndrico #oriontal pero de menor tamao ue el domo superior.
&ecoge el agua de los tubos de caída.
&edistribuye el agua a los tubos ,aporiadores.
*uele tener una etracción para fangos.
o
Los economizadores:
o
! ,eces es sustituido por un cabeal de diámetro muy inferior. 4ncluso en algunos casos como en las calderas en 5 se pude dar el caso ue coeistan colector inferior y cabeal.
*on corridos de tubos por los ue circula el agua de admisión antes de llegar al domo. Estos tubos suelen estar colocados en la c#imenea para apro,ec#ar el calor de los gases para precalentar el agua. +os tubos suelen aletearse para aumentar la sección en contacto con los gases de escape y por tanto fa,orecer el intercambio de energía. En algunos sistemas de control de recalentadores con by pass se #ace circular los gases #acia un economiador. *i el economiador recibe muc#o calor de los gases puede llegar a ser ,aporiante (E*d4-). +os economiadores suelen ser drenables.
Recalentadores:
*on sistemas de tubos cur,ados ue describen un recorrido. En su interior circula ,apor desde la saturación #asta un determinado recalentamiento. En los recalentadores el ,apor aumenta su temperatura y también su ,olumen. +os recalentadores pueden ser internos (situados dentro del #ogar como en las calderas en D clásicas) o eternos (situados fuera del #ogar como en las E*D).
o
+os recalentadores eternos se suelen colocar en la salida de los gases. +os recalentadores internos pueden ser radiantes si reciben directamente la radiación de la llama. *in embargo" ya ue el ,apor no tiene el coe3ciente de transferencia de calor tan ele,ado como el agua su capacidad para absorber calor y por tanto refrigerar el tubo por el ue circula es muc#o menor" así los tubos del recalentador radiante deberán ser de mejores materiales. Todos los recalentadores ue no son radiantes son de con,ección. +os recalentadores pueden estar dotados de sistemas de control como sistemas de by pass" desrecalentadores o atemperadores. +os recalentadores se pueden di,idir en primario" secundario e intermedio. !sí el recalentador primario será auel tramo de desrecalentador circulado por el ,apor antes de ,iajar #acia el desrecalentador y el secundario e intermedio los ue serán circulados después" di3riendo uno del otro en ue el intermedio no tiene por ue estar siempre en funcionamiento. +os recalentadores deben estar siempre refrigerados" ya sea por la circulación de ,apor por su interior como por un refrigerado eterno por aire" ya ue si no podrían uemarse. +os recalentadores pueden estar colocados #oriontal o ,erticalmente.
Sistemas de control de la temperatura del vapor a la salida del recalentador:
El primer sistema consiste en lle,ar el ,apor entre el recalentador primario y secundario #acia un atemperador de aire colocado en la admisión de aire de los uemadores. El enfriamiento se regula dejando pasar más o menos cantidad de aire por el desrecalentador.(E*d4)
El segundo" aunue no es del todo correcto decir ue sea un sistema de desrecalentamiento" sino un sistema de control de la temperatura de la salida del ,apor" consiste en #acer un by pass en los gases de la c#imenea" dejando pasar la totalidad de los gases #acia un recalentador o des,iando parte de éstos #acia un economiador. El enfriamiento se controla por la cantidad de gas ue se des,ía #acia el economiador. (E*d44) El tercer sistema antes mencionado consiste en #acer circular un serpentín por el fondo del domo y fa,orecer así la transmisión de energía entre el ,apor del interior del desrecalentador y el agua del domo. El enfriamiento se controla por la cantidad de ,apor ue se deja circular #acia el serpentín6 el ,apor enfriado se meclara con el no enfriado antes de entrar en el recalentador secundario. (E*d444) *e puede #acer circular el ,apor por un serpentín de ida y ,uelta dentro de un contenedor inundado por agua ue es etraída y de,uelta al domo. El enfriamiento se controla por la cantidad de ,apor ue se circula #acia el atemperador" de igual modo luego se meclan con el ,apor no enfriado antes del recalentador secundario. *i se #ace una etracción de ,apor para sistemas auiliares después del primer atemperador se puede #acer circular por un serpentín en el fondo del domo6 así el ,apor es suministrado cerca de la saturación. *e puede #acer circular el ,apor saliente de un recalentador primario por un desrecalentador de serpentín en el domo superior y luego recalentarlo en el recalentador secundario y" 3nalmente #acer de este ,apor la etracción necesaria para los sistemas auiliares y #acerlo recorrer un serpentín situado en el colector inferior.(7D8) *e puede utiliar un atemperador de spray. También se puede considerar sistema de control de la temperatura del ,apor a la salida del recalentador el sistema de recalentador intermedio (E*&d) ue deja pasar o no el ,apor por el interior de todo un cuerpo de recalentador. $uando este recalentador no está circulado se enfría eteriormente con aire.
o
Los precalentadores de aire:
o
*e suelen colocar en la sección de c#imenea donde ya la temperatura de los gases es poco ele,ada" esto sería después de los economiadores. *e puede considerar precalentador de aire el atemperador de aire (E*d4) ya ue el ,apor calienta el aire de entrada a los uemadores.
Quemadores:
Tiro% *e llama tiro a la corriente de aire en la caldera" necesario para la combustión.
Tiro natural% se produce por la diferencia de densidades" pro,ocado por al temperatura" en la c#imenea #ay cantidad de gases a una temperatura ele,ada" la 'et es mayor ue la interior" por diferencia de densidades ya ue la altura es la misma" el producirse esta diferencia de presiones el aire del eterior uiere entrar" y produce el tiro natural. 'ara mejorar el tiro" se podría conseguir ele,ando la temperatura de los gases de escape" pero de esta manera no conseguiríamos mayor rendimiento de la combustión" entonces se #ace aumentando la altura de la c#imenea. Este tipo de tiro en caldera es muy clásico" solo utiliado actualmente en casas. Tiro arti3cial% eisten tres tipos de tiro forado%
Tiro forado% este sistema es ue #ace entrar aire a la caldera mediante ,entiladores. Tiro inducido% Etrae los gases de la cámara de combustión y los epulsa #acia la c#imenea" pero el incon,eniente ue tiene es ue el ,entilador ue etrae el aire de la cámara se encuentra trabajando en una ona con0icti,a por la ele,ada
temperatura" trabaja en una ona donde #ay gases corrosi,os y #ay sólidos como cenia" ue pueden llegar a estropear las paletas de los ,entiladores
Tiro euilibrado% *e utilia las dos cosas" el tiro forado y el tiro inducido" con esta conseguimos no presuriar la cámara de combustión. Este tiro es utiliado en calderas muy largas" ya ue #ay ue perdidas de carga muy considerables (perdidas de presión) si solo colocásemos tiro forado aumentaríamos la presión de la cámara de combustión y si solo colocásemos tiro inducido crearíamos muc#o ,acío" ue pro,ocaría deformaciones a la cámara de combustión.
De los uemadores de combustibles sólidos%
De los uemadores de combustión estática%
+os uemadores de combustión estática ueman el carbón a grandes troos. *uelen ser grandes parrillas de #ierro. El anc#o de la maya debe ser más peueo ue el grosor del carbón. El agujereado de la maya es para la e,acuación de cenia. !ntes para manejar estas parrillas #acen falta barras" rodos y ganc#os. 'ero en la actualidad es automático. +a parrilla automática es una cinta sin 3n ue circula de forma lenta (*u3ciente para asegurar la combustión completa). *obre ella se introduce el carbón. 'or debajo de la parrilla circula aire.
2ormalmente las cenias son reinyectadas para asegurarse de la combustión de todo el carbón eistente.
De los uemadores de combustión dinámica%
*on uemadores de carbón pul,eriado. *e denomina fase densa cuando llenamos un recipiente de pol,o de carbón y luego se sopla" normalmente se #ace de forma continua" cuando se ,a pul,eriando" se ,a soplando. 2os interesa ue la cámara de combustión sea los su3cientemente alta o larga para ue de tiempo al carbón a uemarse completamente y ue las cenias lleguen sólidas a la salida" y de este modo e,itar ue lleguen pastosas y se ad#ieren a recalentadores y otros elementos. El carbón se pul,eria y se transporta de manera neumática. 8na ,e el carbón pul,eriado se puede uemar en%
9uemadores en las esuinas% se colocan así" y en ángulo para formar unos torbellinos y crear buena mecla" es una combustión muy rentable. 9uemadores ciclónicos% cámara de combustión cilíndrica y se le da al aire y carbón una entrada tangencial a la cámara de combustión pro,ocado de esta manera dentro de la cámara una mo,imiento #elicoidal" tiene tres mo,imientos la mecla" esto #ace ue la combustión sea muc#o mejor.
Entrada progresi,a de aire% consiste en realiar tres entradas diferentes de aire. !ire primario" #ay demasiadas concentraciones de combustible y poco aire" luego una segunda entrada" aire secundario" para uemar mejor y 3nalmente más lejos introducimos aire terciario para acabar de uemar y dar el eceso de aire necesario" la introducción de aire es progresi,a con la disminución de temperatura. $on esto conseguimos dos ,entajas" :. donde #ay una temperatura ele,ada no #ay eceso de aire y de este modo e,itaremos la producción de 21; <. con la entrada progresi,a de aire conseguimos producción de turbulencia para conseguir una combustión mejor. Técnica del lec#o 0uido% ,amos suministrando aire por debajo para uemar el carbón" si aumentamos muc#o el aire se puede lle,ar el carbón" si lo aumentamos sin su3ciente fuera para ue se lo lle,e tendremos ue el carbón se comportará casi como un lec#o 0uido. $on esto se conseguimos una mecla de substancias muy #eterogénea" ideal para aadir los aditi,os ue nos ayudan a controlar a los contaminantes. $on el lec#o 0uido #ay una con,ección" los troos ,an rotando" #ay mejor transmisión de carbón" *e consigue uemar a una temperatura más baja (menos contaminantes) =ay < tipos.
+ec#o 0uido simple% se realia dentro de la cámara de combustión" también denominado lec#o 0uido burbujeante. >luido recirculante% se insu0a más aire y el carbón es lanado fuera de la cámara de combustión y luego recirculado.
De los uemadores de combustibles líuidos%
+os uemadores de combustibles líuidos pueden ser por gasi3cación" es decir" la propia radiación de la llama eistente calienta el combustible e,aporándolo y facilitando así la posterior combustión en la ue" al prender e,aporará más combustible. Este es un proceso lento y de super3cie muy limitada. También pueden atomiación.
ser
uemadores
por
De los sistemas de atomiación%
De la atomiación mecánica%
En la atomiación mecánica el combustible llega a una determinada presión y se #ace pasar por un ori3cio muy peueo" este proceso mecánico #ace ue el combustible se di,ida en gotitas muy 3nas. 'uede ser #elicoidal en la ue el combustible se #ace rotar formando un torbellino consiguiendo un gran radio de epansión.
De la atomiación por arrastre de 0uido auiliar%
!l combustible le es aadido un 0uido (aire o ,apor de agua) a gran ,elocidad" de manera ue arrastra el combustible a la ,e ue rompe su película atomiándolo en 3nas gotas.
De la atomiación rotati,a%
'uede ser paralela" el combustible se #ace pasar por el ori3cio en el sentido normal de su circulación" se atomia del mismo modo pero su radio de epansión es inferior.
por
copa
El combustible se #ace circular por una copa troncocónica en el sentido de menor a mayor diámetro. Esta copa esta en constante mo,imiento de rotación lo ue #ace ue el combustible se ad#iera por fuera centrífuga a las paredes y acabe siendo despedido atomiado.
De los sistemas de regulación%
+a regulación de la cantidad de combustible uemado puede #acerse por el método todo o nada" es decir o circula combustible y" por tanto #ay combustión6 o no circula
combustible y el uemador está apagado.
+a regulación de marc#as consiste en un número determinado de atomiadores de los cuales pueden estar todos en marc#a" máima carga" algunos en funcionamiento y otros no" media capacidad" o todos apagados" uemador apagado. 'uede eistir un sistema de regulación ue puede ser o bien de camisa de regulación del caudal de aire o bien por una ,ál,ula de retorno. En el retorno ponemos una ,ál,ula de forma ue cerrada" no tiene retorno" y abierta si" cuanto más abierta mas retorno. +os uemadores pul,eriadores con retorno se usan cuando necesitamos ,ariaciones de cuadal. Estos pul,eriadores mecanicos tienen tres características ue los de3nen%
caudal tipo de cono ue forman" lleno" semilleno" #ueco ángulo% el angulo ,endrá determinado por la forma de la camara de combustión
De los estabiliadores de llama%
+os estabiliadores de llama son unas pantallas troncocónicas con aberturas practicadas a tra,és de las cuales circula el comburente.
Estas pantallas #acen ue el comburente circule en forma de torbellino regresando de nue,o #acia el uemador de dónde ,enía" así" se e,ita ue la llama se despegue del uemador y ue" por tanto sea necesario ir encendiendo constantemente el uemador.
De los uemadores de gas%
+os uemadores de gas pueden ser de difusión" es decir" al empear las reacciones uímicas se meclan combustible y comburente. También pueden ser de premecla6 el combustible y comburente ya #an sido meclados antes de entrar en la cámara de combustión. !sí" en este tipo eisten las cámaras de mecla ue son precedidas por una tobera ue aumenta la ,elocidad del gas y disminuyen su presión6 en esta cámara se aade el aire por una entrada y la salida de la mecla se realia por un difusor ue disminuirá su ,elocidad pero aumentará su presión. +as instalaciones con sistema de combustión de gas deben #acerse colocando los siguientes elementos en este orden% +la,e de paso" 3ltro" regulador de presión" entrada : del sistema de detección de fuga" ,ál,ula de cierre" entrada < del sistema de detección de fuga y ,ál,ula de cierre. Detectores de fugas% *e instala un detector para detectar si #ay fugas. !costumbra a ser un ori3cio ue ,a a un recipiente con aceite de manera ue si pasa gas burbujea.
De los uemadores de combustible mito%
De los detectores de llama%
o
Eisten un tipo de uemadores ue pueden uemar combustible líuido y gaseoso. *uelen ser utiliados en metaneros y lo más común es ue se trate de un uemador tradicional de líuido con un ,olante agujereado eterior por el ue se inyecta el líuido.
Eisten tres tipos de detectores6 los detectores de temperatura ue" como su nombre indican detectan la temperatura a la salida del uemador. El problema de estos detectores es ue normalmente" aun #abiéndose apagado la llama" la salida del uemador conser,a la alta temperatura durante un rato" rato en el ue" si no se da la orden el combustible continúa emanando" perdiéndose en el mejor de los casos y pudiendo llegar a ser objeto de eplosión al reencender la llama. +os detectores de ioniación. *i introducen dos electrodos en la llama se conduce la corriente. *i no #ay llama no se conduce. Este sistema se suele utiliar solo en uemadores de gas. *e utilia corriente alterna y dos electrodos de secciones muy diferentes y por tanto diferente resistencia" así se debe leer una seal muy característica ue no admite engaos. +os detectores de radiación luminosa de la llama. ?a ue las llamas emiten en ultra,ioleta" ,isible e infrarrojo. *egún el combustible" puede tener una emisión muy diferente. !sí" para detectar en ,isible se usan fotocélulas de sulfuro de cadmio y oido de cesio. 'ara infrarrojo sulfuro de plomo y para ultra,ioleta cuaro y tungsteno. $uando el gas es ioniado permanece ioniado" así ue lo ue se #ace es interrumpir la tensión periódicamente. 'ara líuido se suele usar infrarrojo o ,isible y para gas ultra,ioleta.
Válvulas:
De las di,ersas presiones%
Estas presiones se encuentran con la prueba #idráulica según el modo ue establecen las sociedades clasi3cadoras.
! una ,ál,ula de seguridad se le eige ue abra automáticamente cuando la presión eceda en un peueo ,alor de la presión de timbre. Tenga una sección de fuga su3ciente como para ue deje salir todo el caudal ue produce la caldera. 9ue una ,e restituida la presión cierre automáticamente. ! una presión algo inferior a la de timbre. También debe poder abrirse manualmente.
De la colocación de las ,ál,ulas%
'resión de régimen% es la presión a la ue la caldera funciona normalmente. Es una presión algo inferior a la de timbre.
De los reuisitos de una ,ál,ula de seguridad%
'resión de timbre es la presión en la cual se #a proyectado el generador. *e llama así porue esta presión ,a timbrada en la en,ol,ente de la caldera.
*e suelen colocar < ,ál,ulas. 8na en el colector y otra a la salida del recalentador. +a ,ál,ula de la salida del recalentador abre a más baja presión ya ue se tiene en cuenta las pérdidas de carga sufridas.
De los tipos de ,ál,ula%
+os pesos% $onsisten en colocar un peso mó,il sobre la salida de la ,ál,ula. Este peso debe tener el ,alor de la presión de timbre por la
sección de la ,ál,ula. El problema de este tipo de ,ál,ulas" por otro lado muy efecti,as" es ue como a#ora se trabaja con calderas de grandes caudales y grandes presiones de timbre" los pesos a colocar son ecesi,amente ele,ados.
+as palancas% consiste en colocar el peso en el etremo de una palanca ue pi,ota sobre una articulación situada de forma diametral a la abertura de la ,ál,ula. El problema de este tipo de ,ál,ulas es ue a pesar de poner palanca en muc#os casos el peso o el brao de la palanca debían ser demasiado grandes" además guarda el problema en las máuinas marinas ue según la escora del buue la ,ál,ula abre antes o después. +os resortes% $onsiste en colocar un resorte con un obturador en su etremo sobre la sección de la ,ál,ula. El problema del resorte es ue según se ,a comprimiendo la presión necesaria para comprimirlo más aumenta. !sí" si deseamos ue abra a una presión un poco superior a la de timbre nos encontraremos ue a esa presión comenará a abrir pero no alcanará la altura necesaria para e,acuar todo el caudal. #@dAB. $omo este tipo de ,ál,ulas no consiguen e,acuar el caudal se denominan ,ál,ulas de apertura menor. De cru% $onsiste en dar una forma muy particular al obturador de la ,ál,ula y también a la sección de la apertura. El obturador ,a" igual ue antes unido a un resorte" pero debido a esta forma especial semejante a una peona tallada en forma de cru y a la forma de cru de la apertura" el ,apor ejerce más presión y encuentra mayor sección. 'istón más camisa% $onsiste en colocar una especie de pistón dentro de una camisa cilíndrica ue se llena con el ,apor arrastrando este pistón como si se tratara de un émbolo.
o
*er,o ,ál,ula% $onsiste en #acer circular parte del ,apor de fuga por un peueo circuito ue será el ue comience a abrir la ,ál,ula y dar paso a todo el ,apor. Después todo el ,apor ejercerá presión y abrirá en su totalidad. Electroimán% $onsiste en dos sensores de presión ue dan corriente a un imán para #acer abrir la ,ál,ula.
Electro neumáticas%
Electro #idráulicas%
Sistemas de eliminación del holln:
Están destinados a eliminar el #ollín ue se acumula en los #aces tubulares y elementos de las calderas.
De los sopladores de #ollín%
$onsiste en lanas ue disparan c#orros de ,apor de agua a gran presión cuando se reuiere. Estos sopladores pueden ser estáticos o retráctiles" usados estos últimos en las onas donde la temperatura es tan ele,ada ue si se dejaran colocados sin estar circulando ,apor por su interior para refrigerarlos se uemarían. *uelen ser rotati,os" giran sobre su propio eje para ue los c#orros de ,apor alcancen el mayor radio posible. *uelen ser mo,idos por un sistema de correas a un motor mayor o por un peueo motor neumático. En algunos casos también se trabajan las salidas del ,apor con cierta inclinación" también para alcanar el mayor radio. (Esto se suele #acer en los retráctiles).
De los otros sistemas de eliminación de #ollín%
o
*iempre se ponen en funcionamiento desde el más alejado #asta el más cercano a la c#imenea.
El sistema de ultrasonidos consiste en utiliar este tipo de ondas para #acer ,ibrar los #aces tubulares y ue se desprenda el #ollín. El pac#ín es un sistema ue consiste en perdigonar los tubos con peueas bolas de acero.
!ndicadores de nivel:
Es de ,ital importancia saber ue ni,el de agua y de ,apor eisten en el domo. 'or eso se colocan unos ,isores ue nos lo indican. Estos ,isores siempre deben poder ser drenables.
De los distintos ,isores%
El elemental consiste en unos ,asos comunicantes de ,idrio donde nosotros podemos obser,ar el menisco del agua. +os problemas de este ,isor son ,arios. Debido a las altas presiones ue debe soportar" el ,idrio debe ser muy grueso y" por tanto impide bastante la ,isión. El ,apor y el agua poseen eactamente el mismo color (ninguno) así ue lo único ue se ,e es el menisco. *i se #a de ,er desde algún punto un pelín alejado es imposible. *uelen romperse con facilidad. El sistema Clinger consiste en un ,isor de metal y cristal unidos como en forma de prensa ue mantienen en su interior el ni,el de agua. +a cara del cristal ue da al interior" es decir al agua o al ,apor está labrada con unas formas ue apro,ec#ando las propiedades de re0eión y refracción del agua líuida y del ,apor6 si nosotros aplicamos lu frente al ,isor"
el ,apor re0eja la lu" ,iendo nosotros toda la ona de ,apor brillante y el agua la absorbe ,iendo nosotros esta ona negra. El problema es ue como el agua y el ,apor erosionan muc#o pronto el gra,ado del cristal se pierde y el ,isor pierde con ello sus propiedades.
o
1tro sistema consiste en colocar unas bombillas detrás del ni,el. Este ni,el encerrado entre mica ue no se erosiona y es transparente en capas muy 3nas. 8na pared con aberturas en ángulo #ace llegar al ni,el la lu de las bombillas con un grado de inclinación tal ue" justo el menisco donde cambia de agua a ,apor re0eja esta lu dejando una peuea franja brillante en un fondo completamente negro. 1tro sistema consiste en colocar también lu detrás del ,isor" pero colocando dos pantallas de dos colores diferentes y bien distinguibles (,erde y rojo" por ejemplo) con ángulos diferentes. !sí" el agua dejará pasar tan solo la lu ue ,iene de un color re0ejando #acia atrás la otra y ,ice,ersa. !sí obtendremos un ,isor con dos colores" uno para el agua y otro para el ,apor. ! distancia se puede utiliar un liuido inmiscible y de color llamati,o ue debido a ,asos comunicantes con el domo y a una peuea cámara superior nos indicará en todo momento donde esta el agua. También a distancia se puede utiliar un presostato con un imán y una espiral ue nos dará la seal del agua con una 0ec#a sobre un panel ,isor.
Sistemas de control del nivel del colector:
2o solo nos basta con conocer el ni,el de la caldera" también nos interesa poder controlarlo. 'ara este 3n se utilian los sistemas de control de ni,el.
El más sencillo consiste en un 0otador unido en su ona superior a un ,ástago en cuyo etremo se encuentra un interruptor magnético. Este interruptor magnético ,a subiendo o bajando según el ni,el de la caldera" y según suba o baje puede colocarse ante cuatro indicadores magnéticos cada uno de los cuales da una seal con un diferente signi3cado. El inferior y superior centrales indican a la bomba de alimentación su arranue o su parada. +os dos etremos indican ni,el gra,emente alto o bajo y dan seal de parada al motor y suena una alarma de paro manual. 'or supuesto" en un barco no se puede con3ar en un 0otador" ya ue continuamente daría orden de arranue o parada. 'ara esto lo ue se #ace es 3ltrar la seal utiliando un temporiador antes no dar la seal de arranue o parada. También se puede utiliar un sistema de electrodos introducidos en el agua ue darán seal mientras estén sumergidos" pero nos ,ol,emos a encontrar con el problema del oleaje y los mo,imientos. 1tro tipo de controlador es el termo #idráulico" consiste en colocar un ,aso comunicante inclinado ue circula dentro de una cámara llena de agua. Este ,aso transmite calor al agua dependiendo de su propio ni,el de agua o ,apor #aciendo ue en la cámara ue lo rodea #aya de igual manera más agua o más ,apor. +o ue nosotros medimos es la presión ue ejerce el ,apor dentro de la cámara eterior. El controlador termostático consiste en un tubo inclinado 3jo por uno de los etremos y unido a la caldera de manera ue dentro de éste #aya el mismo ni,el. El ,apor tiene un coe3ciente de con,ección muy ele,ado y el agua no. !sí el tubo se dilatará muc#o más cuando esté lleno de ,apor ue no cuando lo esté de agua. !sí" midiendo el tubo sabremos cuanto ni,el de ,apor o agua #ay en la caldera. Eisten otros sistemas de control automático ue son capaces de a,anarse a la necesidad de apertura o cierre de la bomba calculando di,ersos ni,eles y presiones.
CONCEPTOS BASICOS El vapor es ampliamente utilizado para calefacción, para secar pastas, para evaporar disoluciones qumicas, para procesos de calentamiento, para mover tur!inas, m"quinas # !om!as, para realizar los miles # miles de procesos en todas las ramas de la industria$ El vapor es utilizado en estos casos, simplemente porque e%iste una necesidad de calor # ener&a al mismo tiempo # el vapor es la manera mas adecuada # económica de transportar &randes cantidades de calor # ener&a$ El vapor es f"cil de producir #a que se o!tiene del a&ua # &eneralmente se requiere de un recipiente adecuado para producirlo industrialmente, este recipiente es una caldera o un &enerador de vapor$ Aunada con la producción de vapor, como es ló&ico se encuentran ntimamente li&ados una serie de principios # cam!ios fundamentales, los cuales se e%plican en forma practica a continuación$ ENE'(IA$) *a ener&a es in+erente en la materia$ Por ener&a indicamos al&o que aparece en muc+as formas, las cuales se relacionan entre s, por el +ec+o de que se pueden +acer la conversión de una forma de ener&a a otra$ El termino &eneral de ener&a no es deni!le, pero si se puede denir con precisión las diversas formas en que aparece$ *a ener&a solo tiene ma&nitud -# sentido., por lo tanto es una cantidad escalar$ *a ener&a de un sistema de cuerpos es simplemente la suma de las ener&as -con sus sentidos. en cada uno de ellos$ O sea que la ener&a total de un solo sistemas es la suma de las ma&nitudes -con sus sentidos o si&nos. de las diversas formas de ener&a -cin/tica, mec"nica, qumica, t/rmica, etc$.$ *a materia esta compuesta de un a&re&ado de mol/culas que s/ esta moviendo continuamente, pero al azar$ Como las mol/culas tienen masa, tienen ener&a cin/tica interna, la ener&a cin/tica interna total, se ori&ina principalmente por0 el movimiento de traslación de las mol/culas1 el movimiento de rotación de las mol/culas # un movimiento de vi!ración de los "tomos dentro de las mol/culas$ Adem"s de la ener&a cin/tica interna, las sustancias tienen una ener&a potencial interna, cu#o cam!io resulta de una fuerza de
atracción entre las mol/culas que cam!ian de posición unas respecto a otras$ *a suma de estas ener&as se llama ener&a interna, que es la ener&a almacenada en un cuerpo o sustancia en virtud de la actividad # con&uración de sus mol/culas # de las vi!raciones dentro de ellas$ Nos referimos a esta ener&a como ener&a molecular o t/rmica$ CA*O'$) El calor es ener&a en transición -en movimiento. de un cuerpo o sistema a otro, solamente de!ida a una diferencia de temperatura entre los cuerpos o sistemas$ Es una forma de ener&a que causa un cam!io fsico en la sustancia que es calentada$ Sólidos, tales como metales, cuando son calentados inicialmente, se e%panden # aumentan su temperatura, +asta cam!iar al estado liquido$ *os lquidos cuando son calentados, vaporizan # el vapor producido al entrar en contacto con una supercie de menos temperatura se condensa, entre&ando a dic+a supercie el calor con la cual +a!a lo&rado su vaporización$ CA*O' *ATENTE$) Es la cantidad de calor requerida para lo&rar el cam!io de estado fsico de una sustancia sin que e%istan variaciones en su temperatura$ CA*O' SENSIB*E$) Es el calor que produce una elevación de temperatura en un cuerpo$ T'ANS2ISION 3E CA*O'$) Es el 4u5o de calor a trav/s de un cuerpo de temperatura m"s alta, +acia un cuerpo de menos temperatura$ *a transmisión del calor puede ser por conducción o radiación ó por am!as$ CON36CCION$) Es la transmisión del calor entre dos cuerpos o partes de cuerpos en los que e%iste una diferencia de temperatura$ 'A3IACION$) Es la transmisión del calor a trav/s de un cuerpo a al&7n otro por
medio de ondas de calor, las cuales radian a trav/s del cuerpo con ma#or temperatura al otro con menor temperatura, sin tomar en cuenta el calentamiento del medio entre ellos$ 896: ES E* ;APO'< ;apor es una fase intermedia entre la liquida # la de &as$ *os vapores tienen caractersticas seme5antes a los &ases, puesto que llenan por completo los recipientes que los contienen, pero no si&uen las le#es de los &ases perfectos$ El vapor de a&ua es un =Transportador de ener&a t/rmica= que tiene las si&uientes venta5as0 >?) Se produce con a&ua, la cual es relativamente a!undante # !arata$ @?) Es limpio # no tiene sa!or ni olor$ ?) Por sus propiedades termodin"micas, su control es relativamente sencillo$ ?) Es una de las formas m"s económicas de transporte de calor #a que su capacidad de transporte de calor por unidad de peso es mu# alta$ ?) Entre&a su calor a una temperatura constante$ D?) En muc+os casos, despu/s de que se +a utilizado su calor, se vuelve a calentar pudiendo usarse varias veces$ ;APO'IACION$) Es el cam!io de un cuerpo de la fase sólida o lquida a la fase de vapor$ E;APO'ACION$) Es la vaporización de un lquido que tiene lu&ar e%clusivamente en la supercie li!re del lquido$ EFE2P*O0 *a evaporación del a&ua en el mar o en cualquier supercie li!re del lquido$ *a evaporación puede tener lu&ar a cualquier temperatura del lquido$ EB6**ICION$) Es la vaporización de un lquido que tiene lu&ar en el seno mismo del lquido$ E5emplo0 la e!ullición de un recipiente a!ierto que conten&a a&ua1 la e!ullición del a&ua en el interior de una caldera$ *a e!ullición de un lquido tiene lu&ar a una temperatura, cu#o valor depende de la presión a que est" el lquido1 mientras ma#or sea est", ma#or ser" aquella$
CON3ENSACION$) Es el cam!io de vapor -fase &aseosa. a lquido con una transferencia de calor del vapor a la supercie de condensación$ *os vapores saturados$ Son aqu/llos que tienen una temperatura i&ual a la de e!ullición -correspondiente a la presión a que est" el vapor. # constan 7nicamente de la fase de vapor$ 6n vapor +7medo tiene al mismo tiempo la fase lquida # la fase de vapor$ Su temperatura es i&ual a la de e!ullición$ Para denirlo se +ace necesario dar su presión o su temperatura # su calidad$ *a calidad de un vapor +7medo es la relación del peso del 4uido que est" en la fase vapor # el peso total del 4uido$ *os vapores so!recalentados tienen una temperatura superior a la temperatura de e!ullición # en ellos est" presente solamente la fase vapor$ Para denir un vapor so!recalentado +a# que indicar su presión # su temperatura o !ien su so!recalentamiento$ El so!recalentamiento de un vapor es la diferencia entre su temperatura # la temperatura de e!ullición correspondiente a su presión$ 6n lquido saturado consta solamente de la fase lquida # est" a su temperatura de e!ullición, Basta la presión o la temperatura para denirlo$ P'ESION$) Es la fuerza e5ercida por el 4uido en la unidad de supercie de la pared del recipiente que lo contiene o del seno mismo del 4uido$ Se mide por medio de un manómetro # se e%presa en G&Hcm@, l!sHpl&@, !ars, etc$ *os manómetros miden la presión relativa, es decir, la presión arri!a de la presión atmosf/rica$ Para o!tener la presión a!soluta + a# que sumar a la lectura del manómetro la presión atmosf/rica, en el lu&ar del e%perimento, la cual se mide con un !arómetro$ *as ta!las # &r"cas de vapores se reeren a la presión a!soluta$
P'ESION ABSO*6TA$) Es la presión que resulta de la adición de la presión manom/trica # la presión atmosf/rica$ P'ESION 3E ;ACIO$) Si la presión a!soluta es menor que la atmosf/rica, a la lectura manom/trica se le llama presión de vaco o vaco$ CAI3A 3E P'ESION$) Es la diferencia de presión entre dos puntos, causada por la resistencia a la fricción # condensación en una lnea de tu!era$ TERMINOS COMUNES A CALDERAS
GENERADOR DE VAPOR.Es la serie de dispositivos qe aprove!"a#do el poder !alor$%i!o de # !o&'sti'le prod!e# vapor. U# (e#erador de vapor est) !o&pesto ')si!a&e#te* por !atro tra#s&isores de !alor qe so#+ La !aldera propia&e#te !o# s "o(ar* el pre!ale#tador de aire* el e!o#o&i,ador el so're!ale#tador. SUPERICIE DE CALEACCION.Es la sper%i!ie de &etal qe est) e# !o#ta!to al &is&o tie&po !o# los (ases de !o&'sti/# !o# el a(a o vapor* es de!ir* es toda la sper%i!ie de #a !aldera qe est) e# !o#ta!to por # lado !o# el a(a por el otro est) e0pesta al %e(o o a la !orrie#te de los (ases de la !o&'sti/#. Se &ide del lado de los (ases e# &1 o pies1* e# las !alderas de t'os de "&o por el lado del a(a e# las !alderas de t'os de a(a. CA2ALLO CALDERA.Se di!e qe #a !aldera tie#e #a !apa!idad de # !a'allo !aldera* !a#do es !apa, de prod!ir 34.54 6(7"r 89:.4 l's7"r.; De vapor satrado de 3<<=C 8131=;* tili,a#do a(a de ali&e#ta!i/# de la &is&a te&peratra. Ca#do est) !a#tidad de vapor se prod!e por !ada &1 de sper%i!ie de !ale%a!!i/# 8apro0i&ada&e#te 3< pies1; se di!e qe la !aldera est)
tra'a>a#do !o# 3<
PORCENTAE DE CARGA 8 R ;.R @ 8 Cr 7 C# ; 0 3<< B @ CC 0 :4< 0 8 R 7 3<< ; B @ CC 0 994<< 0 8 R 7 3<< ; Se lla&a por!e#ta>e de !ar(a de #a !aldera a la rela!i/# e#tre el !alor qe tra#s&ite por "ora el qe de'$a de tra#s&itir de a!erdo !o# s sper%i!ie de !ale%a!!i/# a ra,/# de :4< !al7"r7CC 8994<< 2t7"r7CC;. F EN BUE UNIDADES SE MIDE LA CAPACIDAD DE UNA CALDERA a; Calderas peqeHas. !al 7 "r. 2t 7 "r. '; Calderas e# la peqeHa &edia#a i#dstria. Ca'allo Caldera. !; Calderas (ra#des. ( 7 "r To# 7 "r L's 7 "r de vapor prod!ido.
PARTES PRINCIPALES DE LAS CALDERAS.
E# la %i(ra qe se &estra e# estos ap#tes se &estra esqe&)ti!a&e#te las partes ese#!iales al(#as op!io#es #e!esarias para prod!ir vapor por &edio del !alor li'erado dra#te !o&'sti/# de # !o&'sti'le. Estos ele&e#tos so# los si(ie#tes+
3. - U# eqipo para li'erar !alor del !o&'sti'le.
1. - U#a !)&ara de !o&'sti/#
9. - U# &edio para a'sor'er el !alor li'erado.
:. - U# siste&a para prod!ir el tiro.
4. - U# &edio de reposi!i/# del a(a.
5. - U# &edio para !aptrar el vapor (e#erado.
. - U# &edidor de la presi/# del vapor # i#di!ador de #ivel del a(a.
. - U# &edio o &edios para !oordi#ar el %#!io#a&ie#to.
I.- Eqipo para li'erar el !alor del !o&'sti'le.- Este eqipo es ')si!a&e#te el qe&ador* del !al e0iste# varios tipos se(J# el !o&'sti'le qe se se* la !apa!idad la %or&a de operar* pri#!ipal&e#te.
II.- U#a !)&ara de !o&'sti/#.- Es el espa!io e# do#de se e%e!tJa la o0ida!i/# del !o&'sti'le o sea la rea!!i/# q$&i!a e#tre el !o&'sti'le Kl o0i(e#o del aire* !o# despre#di&ie#to de l, !alor. Esta !)&ara as&e di%ere#tes %or&as se(J# el tipo de !aldera.
III- U# &edio para a'sor'er el !alor li'erado.- El !alor li'erado dra#te la !o&'sti/# de'e pasar al a(a para prod!ir s vapori,a!i/# pero si# qe e0ista e# #i#(J# &o&e#to !o#ta!to dire!to e#tre los prod!tos de la !o&'sti/# el a(a o el vapor* a&'os &edios se e#!e#tra# separados por t'os* pla!as otras sper%i!ies &et)li!as qe !o#stite# los qe se lla&a sper%i!ie de !ale%a!!i/#. or&a#do #a variedad de i#ter!a&'iador de !alor.
IV- U# siste&a para prod!ir el tiro.- El aire #e!esario para s&i#istrar Kl o0i(e#o para e%e!tar la !o&'sti/# as$ !o&o los prod!tos de di!"a !o&'sti/# de'e# despla,arse ade!ada&e#te a travKs de la !aldera ser desalo>ados a la at&/s%era* esto se lo(ra !rea#do #a !orrie#te de aire a la qe se de#o&i#a Tiro* la !al pede o'te#erse por &edios #atrales o &e!)#i!os.
V- U# &edio de reposi!i/# del a(a.- E# la &edida e# qe se va prod!ie#do el vapor* el #ivel del a(a va 'a>a#do* !o&o el #ivel del a(a e# la !aldera de'e !o#servarse de#tro de li&ites de%i#idos* es #e!esario s&i#istrar a(a #eva a la !aldera para &a#te#er el a(a de#tro de los li&ites de%i#idos de opera!i/# pes si #o se "a!e as$ pede# prese#tarse ries(os (raves* los qe pede# lle(ar "asta prod!ir #a e0plosi/# sJ'ita. La reposi!i/# del a(a re!ale#tador del vapor* estos so# i#ter!a&'iadores de !alor* op!io#ales* !a %#!i/# es o'te#er !o# el &)0i&o aprove!"a&ie#to el !alor qe a# !o#tie#e# los (ases prod!to de la !o&'sti/#.
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