DEFINICION.- Un generador de vapor es un elemento de transferencia de calor cuya finalidad es convertir el agua en vapor a una presión y temperatura previamente determinada; este cambio de estado es producido por el aprovechamiento del calor producto de una combustión; generalmente es un proceso a presión constante.
3.1 COMPONENTES.- Una unidad generadora de vapor consiste en :
1. Partes sometidas a presión.- las partes que trabajan a presión son:
La superficie de calefacción
Tanques de almacenamiento para el agua y el vapor.
superficie de recalentamiento; en caso de que se desee salga el vapor recalentado.
2.
Local ó Instalación.- Es el lugar físico donde se halla la unidad generadora de vapor.
3.
Equipo de Combustión.- Son todos los elementos cuya función es generar la combustión necesaria en el cambio de estado del agua a vapor y entra los cuales podemos notar: Bomba de inyección; quemadores; Reguladores de flujo de combustible, etc.
4.
Organos Auxiliares.- Son todos aquellos elementos que complementan la función de los componentes mencionados anteriormente; tales como sopladores de Hollin; desviadores de gases; bombas de agua; indicadores de nivel; termómetro; manómetros; válvulas de seguridad; etc.
3.2 CLASIFICACION.- Se puede hacer una clasificación de generadores de vapor de acuerdo a:
1). PRESION DE TRABAJO.- Que pueden ser:
De alta presión: Usados básicamente en generación de potencia; presión de trabajo arriba de 100 psi.
De baja presión: Usados básicamente en procesos industriales pequeñas plantas de generación de potencia; presión de trabajo abajo de 100 psi.
2). POR POSICION DE GASES Y AGUA.
Pirotubulares.- Los gases producto de la combustión van por el interior de los tubos; mientras que el agua por el exterior de éstos.
Acuotubulares.- Los gases van por el exterior de los tubos por tanto el agua va por el interior de los tubos.
3). POR LA POSICIÓN DE LOS TUBOS.
Verticales
Horizontales
Inclinados
4). POR LA FORMA DE LOS TUBOS.
Rectos
Curvados
5). POR EL SERVICIO PRESTADO.
Fijas
Portátiles
A continuación mencionaremos algunas características principales de los generadores de vapor más difundidos en nuestro medio.
3.3
GENERADOR DE VAPOR PIROTUBULAR.- Los gases de combustión fluyen por el
interior de los tubos del caldero y por el exterior a éstos se encuentra el agua; todo esto contenido en la carcasa. En este tipo de generadores de vapor presentan la ventaja de ocupar un espacio mínimo. La circulación es simple; facilidad en cambio de tubos ya que generalmente son de la misma dimensión lo cual lo hace económico en ese sentido; pero como detalles desfavorables podemos notar que están limitados por su presión y capacidad; limitada eficiencia en cuanto a absorción de calor ya que el área expuesta a radiación es pequeña; su cámara de combustión es de dimensiones fijas lo que no permite cambio de combustible; presión máxima de 250 psi, poca capacidad de producción de vapor hasta 12,000 lbs/h.
3.4 GENERADOR DE VAPOR ACUOTUBULAR.- El agua y el vapor está contenida en los tubos; mientras que los gases se encuentran en el exterior de éstos; todo esto contenido en el interior de una carcasa.
Entre las ventajas que ofrece este tipos de generadores de vapor podemos notar que trabajan con presiones arriba de 150 psi; capacidades por encima de 15,000 lbs/h; se puede aumentar su capacidad aumentando el número de tubos; el tambor no está expuesto al calor radiante del fuego; proporciones de la cámara de combustión se pueden alterar según los requerimientos del combustible; todas sus partes son accesibles a limpieza, inspección y reparación; su diseño general permite eficiencias de operación altas y se pueden llevar sobrecargas sin dañar
el generador de vapor;
dentro de sus
desventajas podemos notar acerca de su costo inicial es alto; dificultad en instalar un tubo entre 2 tambores.
En este tipo de generadores los hay de:
Tubos Rectos: Todos los tubos son de igual longitud;
Tubos Doblados: Son más baratos; acceso a tubos es un poco difícil; más amplitud de tabiques de flectores de gases calientes.
IV ALGUNOS CONCEPTOS BASICOS DE SINGULAR IMPORTANCIA.CABALLO DE CALDERA.- Cantidad de vapor capaz de dar a un motor de vapor un caballo de fuerza este patrón hipotético es de 15.623 Kg de vapor generado y a 100C : 15.633 Kg x 538.92 cal = 8435.7 cal; en la actualidad se emplea 8437 cal siendo necesario aclarar que hfg 10024°C = 538.92 cal y donde se considerado
necesario para kg generar este
caballo de caldero una superficie de calefacción de 0.029 m2.
RATING.- Relación entre HP de caldera desarrollado y HP de caldera de régimen; donde HP desarrollado es la relación entre calor ganado por el agua y cantidad de calor para producir un HP de calderas ( Q1/8437) y HP de régimen es la relación entre el área de calefacción del caldero y el área de calefacción para producir un HP de caldera (Scalefaccion/0.929) se expresa en %.
FACTOR DE EVAPORACION .-
(fe) es la relación entre el cambio de entalpia que tiene el
agua en el caldero y el cambio de entalpia necesario para producir un HP de (538.02 cal/Kg).
EVAPORACION EQUIVALENTE.- Es definida como el producto del factor equivalente por la cantidad de vapor generado.
E e
E e
( f e )xmvapor ( kg / h )
hagua
xmvapor ( kg / h)
hcaldero
por tanto:
E e
Q1 1
CALDERO
EFICIENCIA TERMICA.- Es la capacidad para transmitir el calor producido al agua
EficienciaTemica
Q1 Mc. Pc.
Donde : Mc = Masa Combustible Pc = Poder Calorífico del combustible
V PRINCIPALES ELEMENTOS COMPONENTES DE UN GENERADOR DE VAPOR.-
EQUIPO DE COMBUSTION.- Básicamente compuesto por tanque de combustible; bomba de inyección; quemadores; pulverizadores en caso de usar combustibles sólidos; etc. Su función es crear las condiciones adecuadas y proporciones correctas para poder llevarse a cabo una mejor combustión; además debe ser capaz de regular eficientemente la cantidad de combustible de quemar ya que los generadores de vapor generalmente trabajan a cargas variables; las ignición debe ser continua y segura del combustible; así mismo es de singular importancia en una adecuada selección del equipo de combustión que la llama no llegue directamente a los tubos.
PURIFICADORES DE VAPOR.- Su función es permitir obtener vapor de una buena calidad y pureza; considerando la calidad como la medida de cantidad de humedad arrastrada por el vapor y pureza ausencia de materias sólidas disueltas se mide en partes por millón (PPm) de materias extrañas en el vapor por peso; esto tiene primordial importancia en el uso de vapor de alta presión.
Se puede obtener vapor limpio por:
1.
Separación previa del vapor el agua
2.
Lavado del vapor con agua fresca y relativamente limpia del agua de alimentación.
3.
Remoción de la humedad con n secador de vapor.
TRATAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACION.- Todas las aguas naturales son duras considerando que contienen sales; gases; etc. disueltas y materias inorgánicas por tanto contienen sustancias que se depositan en forma de lodo, etc. produciendo:
Inscrustaciones
Puntos calientes
Disminución de sección de los tubos
Pérdidas por Rozamiento
Circulación defectuosa; etc.
VI. CAUSAS QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DEL GENERADOR DE VAPOR
6.1 DEMASIADAS PERDIDAS EN GASES DE ESCAPE.Como posibles causas de estas efectos podemos citar que la superficie de calentamiento se encuentren sucias, cuya causa podría ser un anormal funcionamiento de los sopladores de Hollin.
Presencias de incrustaciones para lo cual cabe hacer una revisión de la planta de tratamiento de agua.
Demasiados exceso de aire; para lo cual es necesario el uso de un analizador de gases y chequeo el exceso de aire en la combustión.
Deflector inefectivas, teniendo en cuenta que estos elementos son los que dirigen el flujo de gases, es necesario que estos incidan en la superficie que se desea calentar, de lo contrario no estarían cumpliendo su cometido
6.2 PERDIDAS POR NO HABERSE EFECTUADO UNA ADECUADA COMBUSTION.-
Como posibles causas de esta pérdida podemos anotar que podría haber aire insuficiente que no permite el quemado de todo el carbono presente en el hidrocarburo.
Falta de turbulencia que no permite una buena mezcla de aire - combustible.
6.3 PERDIDAS POR CONVECCIÓN.-
Que como posible causas podría ser insuficiencia de aislante, mal estado de los refractarios etc. VII. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA SELECCIÓN DE UN GENERADOR DE VAPOR.-
Capacidad
Presión
Temperatura
Clase de vapor
Tamaño del generador
Tipo de combustible
Tipo de combustible
Repuestos y servicios
4.
EQUIPO UTILIZADO
5.
PROCEDIMIENTO
a) Verificar nivel de agua en tanques de depósito. b) Verificar nivel de combustible en su tanque de depósito.
c) Verificar nivel de agua en el interior del caldero. d) Purga mecánica del generador con válvula ubicada en la parte inferior- posterior.
e) Accionar interruptor de arranque en tablero de controles. f) Esperar que el caldero alcance régimen de funcionamiento. g) Tomar datos cuando se da el encendido de la bomba.
6.
TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS
Δh(altura de
1 2 3
Te(Temp.
T1(Temp. de
agua de entrada al caldero cm)
2.8 3 1.8
entrada de agua °C)
Φcom
76 90 92
6.465 6.895 6.855
Φva(flujo de de gases de vapor de salida escape °C) lib/hora)
270 270 270
920.5 920 892.5
Ts(temp. De salida de vapor °F)
320.65 323.45 329.25
Pc(presion salida de vapor del caldero Psig) Psi) Ps(presión de
Factor de carga de la caldera pirotubular El generador de vapor que se instale en cualquier industria debe ser seleccionado de forma tal que en todo momento satisfaga los requerimientos de vapor, ya sea cuando el proceso está demandando cargas mínima, máxima o normal, siempre teniendo en cuenta que esto debe suceder con la mayor eficiencia posible en el trabajo del equipo. Una forma de conocer o determinar el factor de carga, consiste en tomar durante una jornada de trabajo de la caldera, total o parcial, la cantidad de arranques y paradas del quemador, y los tiempos correspondientes a los mismos. Sumando estos tiempos se puede conocer cuánto del tiempo total estuvo realmente trabajando el generador de vapor, y con ello se puede determinar el factor de carga, el cual se formula de la manera siguiente: Φ = tq / tg
Dónde: tq: Tiempo de trabajo del quemador (Tiempo útil) tg: Tiempo de trabajo del generador de vapor (Tiempo total de funcionamiento)
Según nuestro ensayo:
GRAFICA DE CONTROLAMIENTO a b m o B e d o d i d n e c s n E
0
117
232
351
Tiempo en segundos
tq = (117 – 0) + (351 – 232) + (525 – 452) = 309 s tg = 603 s
452 525
603
Φ =
0.5124
Caracterización del sobredimensionamiento Se entiende por sobredimensionamiento la cantidad de vapor que es capaz de producir la caldera y que sobrepasa la cantidad real necesaria demandada por el consumidor. Producción de vapor (según placa) Lbs/hr 1035
Aprovechamiento de Sobrela capacidad de dimensionamiento generación instalada (%) (%) 911 88.01932367 11.98067633
