LABORATORIO N°3 COMPONENTES DE
UNA CALDERA
ALONSO MAYORGA LAMAS 201013759
PROF. ING. GILBERT BONILLA CASTILLO
Laboratorio Laborato rio de Sistemas de Vapor Vapor MI 3119 3119 Grupo 1 Escuela de Ingeniería Electromecánica Carrera de Ingeniería en Mantenimiento Industrial.
CONTENIDO Resumen.................................................................................................................1 Objetivo general......................................................................................................2 Objetivos específicos..............................................................................................2 Marco teórico......... teórico.................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. ............................................3 ...................................3 Calderas Pirotubulares........................................................................................3 Clasificación de las calderas...............................................................................3 Caldera cuatubular............................................................................................! Calderas mitas....................................................................................................." Re#uerimientos Re#uerimientos de la pr$ctica........... pr$ctica.................... .................. .................. .................. ..................................... .................................% .....% &escripción &escripción general del funcionamiento funcionamiento de las partes de la caldera............. ....' Permiso de funcionamiento del Ministerio de (rabajo......................................13 &atos de placa de la caldera.............................................................................13 )istema de bombeo de agua............................................................................1! C$lculo del *P)+ disponible............................................................................1" ventajas , desventajas desventajas de usar Combustibles biom$sicos..................................1% biom$sicos..................................1% -entajas.........................................................................................................1% nconvenientes...............................................................................................1% Conclusiones.........................................................................................................1' /ibliografía............................................................................................................10
Pági! " 1
RESUMEN n el siguiente informe se epondr$n las diferentes tipos de calderas #ue eisten como los son las pirotubulares acuatubulares o mitas. )e anali4ar$ la caldera pirotubular #ue eiste en la escuela , se detallar$ por medio de fotografías sus partes , su funcionamiento se verificar$ los pasos eistentes en la caldera por medio de una inspección visual in situ. (ambi5n se describir$n sus características constructivas. Por otra parte tambi5n se dar$ de forma puntual las ventajas , desventajas de utili4ar combustibles biom$sicos como una alternativa para el funcionamiento de las calderas.
Pági! " 1 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
OBJETIVO GENERAL dentificar las partes #ue componen una caldera generadora de vapor.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS -erificar el tipo de caldera empleado partes constructivas , el n8mero de pasos de los gases de combustión a partir de las observaciones reali4adas en una caldera pirotubular. &escribir las características , partes constructivas una caldera acuatubular. &escribir las características , partes constructivas de una caldera de construcción mita. nali4ar las ventajas operativas en el uso de los combustibles biom$sicos.
Pági! " 2 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
MARCO TEÓRICO CALDERAS PIROTUBULARES 6os gases pasan por los tubos o por la series de tubos por lo #ue la parte eterna de los tubos se encuentra sumergida en agua es una construcción sencilla , barata comparada con otros tipos , tiene como virtud su gran fleibilidad para ajustarse a los cambios de vol8menes de vapor eigidos por la carga o el proceso productivo. Por manejar grandes vol8menes de agua son bastantes lentas para alcan4ar la presión de operación , se menciona #ue el tipo m$s usado es el tipo escoses el cual tiene un 9orno u 9ogar cilíndrico. Poseen configuraciones de pasos m8ltiples para conducir los gases de combustión en donde el n8mero m$imo de estos es !.
:igura 1. Caldera Pirotubular.
CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS /asados en el código de calderas del Ministerio de (rabajo , )eguridad de Costa Rica est$n clasificadas por su tama;o de la siguiente manera< Categoría < a#uellas calderas #ue tienen m$s de doscientos =2>>? metros cuadrados de superficie de calefacción Categoría /< a#uellas calderas #ue tienen m$s de sesenta =%>? , 9asta doscientos =2>>? metros cuadrados de superficie de calefacción Categoría C< a#uellas
Pági! " 3 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
calderas #ue tienen m$s de dos =2? , 9asta sesenta =%>? metros cuadrados de superficie de calefacción. =/onilla 2>1%?
CALDERA ACUATUBULAR 6os gases de combustión pasan fuera de los tubos #ue transportan internamente el agua a fin de transferir el calor necesario para elevar la temperatura , lleva a su punto de ebullición dic9o lí#uido.
6a ma,or parte de la transferencia de calor ocurre normalmente en el tubo ascendente los tubos ascendentes transportan una me4cla de vapor , agua #ue tiene una densidad menor #ue el agua #ue se introduce en el domo superior. l agua m$s fría flu,e por gravedad 9acia el domo inferior , el peso de la columna de agua fría se constitu,e en una cabe4a motri4 6a ma,oría de las paredes de los 9ornos est$n cubiertas por bancos de tubos de agua conocidos como pantallas de agua #ue se utili4an para transferir el calor al agua para su ebullición , tambi5n para enfriar el refractario de la pared , aumentar su vida. l contraste con la idea de tubos de fuego el dise;o acuatubular est$ conformado por uno o m$s domos relativamente pe#ue;os con muc9os tubos a trav5s de los cuales una me4cla de agua@vapor circula. l calor proveniente de la parte eterior de los tubos se encarga de calentar dic9a me4cla. &ebido a esta subdivisión de
Pági! " # 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
la presión en las partes es posible lograr dise;os de ma,or capacidad , presión. 6as modernas calderas acuatubulares poseen domos m$s grandes , tubos m$s largos para mejorar la calidad de vapor así como permitir acceso para la inspección se aumenta la superficie de transferencia de calor , se incrementa el paso de los gases adem$s se les dota de sobre calentadores así como una mejor protección contra la corrosión lo cual permite #ue la unidad pueda ser empleada con combustible de alto contenido de a4ufre adem$s de otras mejoras. =/onilla 2>1%?
CALDERAS MITAS )e emplean cuando se posee como fuente de combustión un combustible biom$sicos de mu, bajo costo este por lo general es un subproducto de un proceso productivo normal. )e consideran calderas construidas como AverdesB , para energías limpias al #uemar biomasa o combustibles sólidos limpios )e utili4an como generadores de energía t5rmica de 1 a 1>> M , para energía el5ctrica de >" a 1" M. )olución para el proceso de maderas industria alimentaria , agro industria , para compa;ías investigadoras en energías renovables. mplio espectro de combustibles desde los lí#uidos 9asta los secos desde mu, finos mu, gruesos en granulometría. Con esta construcción fusiona las bondades de los dos dise;os< elevado volumen de vapor con una regulación fina , adaptable a los cambios de regímenes de consumo de vapor. Por su alta disponibilidad consume pellets , residuos de madera como fuentes m$s relevantes de combustible. =/onilla 2>1%?
Pági! " 5 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
REQUERIMIENTOS DE LA PRÁCTICA )e puede observar #ue la caldera es del tipo pirotubular o tubos de fugo debido a #ue los gases de combustión son conducidos a trav5s de los tubos por medio del 9ogar luego se divide en dos pasos para luego ser epulsados a la atmósfera. 6as tuberías de vapor desde la salida de la caldera son aisladas para así evitar la p5rdida de energía contenida en el vapor así como tambi5n para disminuir la cantidad de condensados en las tuberías #ue pueden causar golpes de ariete , posteriormente la destrucción de la tubería.
Pági! " $ 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL FUNCIONAMIENTO DE LAS PARTES DE LA CALDERA. (abla 1. dentificación , descripción de los componentes de la caldera
Suavizad! d" a#ua
)e
encarga
1
del
tratamiento #uímico previo #ue debe someterse el agua de alimentación para evitar incrustaciones en los tubos de la caldera.
Si$%"&a d" a'i&"(%a)i*( nclu,e el suavi4ador , d" a#ua
bombas.
1 :otos tomadas in situ. Pági! " 7 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
Ta(+u" d" a'i&"(%a)i*(
s el #ue se encarga de
d" 'a )a'd"!a
agregar el agua fresca necesaria para #ue los niveles de la caldera no se vean afectados.
Pa!%" ,$%"!i! d" 'a )a'd"!a
)e
observa
pasos
,
el
tubos
9ogar de
la
caldera.
Vi$%a 'a%"!a' d" 'a )a'd"!a
Pági! " % 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
Tu-$ d" "$)a," d" 'a$ l 9aber un escape de v'vu'a$ d" $"#u!idad
vapor por sobrepresión en el interior de la caldera los tubos
permiten #ue
el
vapor sea liberado a la atmósfera.
B/a ,a!a (iv"' d" a#ua Permite medir el nivel de agua , en caso de #ue el nivel llegue a su nivel crítico activa la alerta en el
panel
,
apaga
la
caldera si es necesario.
E'")%!v'vu'a$ d"
st$n
"(%!ada d"' C(%!'
mando electrónico de la
ubicadas
en
el
,!,!)i(a' d" ,!"$i*( caldera #ue permite el arran#ue , monitorea el funcionamiento
de
la
caldera.
Pági! " 9 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
E(%!ada d" ai!" d"'
Permite #ue entre el aire
+u"&ad!
#ue se re#uiere para #ue se realice una combustión adecuada
en
el
#uemador.
B&-a d" )&-u$%i-'"
s
la
encargada
de
bombear el di5sel en este caso al #uemador.
P!"$$%a% d" %!a-a0
)e accionan cuando el nivel de agua es mu, bajo o #ue el #uemador se 9a apagado.
Pági! " 10 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
B&-a$ d" a#ua
)istema
redundante
de
bombas
para
la
alimentación de agua en la
caldera
durante
el
funcionamiento.
V'vu'a$ d" $"#u!idad
)e accionan cuando 9a, una sobrepresión en la caldera lo #ue permite #ue eista una liberación de
presión
sin
comprometer la integridad de la caldera. Operan a una presión de " bar.
Vi$%a ,$%"!i! d" 'a
)e observan los pasos
)a'd"!a
#ue eisten en la caldera.
Pági! " 11 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
C1i&"("a
Permite #ue los gases de combustión
sean
liberados a la atmosfera.
T"!&*&"%! d" 'a )1i&"("a
Permite
monitorear
la
temperatura de la salida de
los
gases
de
combustión.
2#a!
s
el
compartimento
donde el #uemador libera la llama , se distribu,en los gases de combustión por los tubos.
C(%!' ,!,!)i(a' d"
)ensa
,!"$i*(
trabajo.
la
presión
de
Pone a trabajar en bajo fuego cuando la caldera se acerca a la presión de desconeión.
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C(%!' "'")%!*(i) d"' +u"&ad!
Monitorea el encendido trabajo ,
apagado del
#uemador optimi4ando la combustión.
Qu"&ad!
-ista lateral del #uemador de la combustible de la caldera.
R"#i$%!$ d" 'a )a'd"!a
:acilitan el monitoreo del interior dl compartimento donde
se
vapor
así
produce
el
como
el
mantenimiento.
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PERMISO DE FUNCIONAMIENTO DEL MINISTERIO DE TRABAJO (oda caldera #ue opera en Costa Rica debe cumplir con estrictos re#uerimientos para asegurar su buen funcionamiento seguridad de los trabajadores , #ue su impacto en cuanto a la contaminación de los gases de combustión est5 dentro de los rangos permitidos.
:igura 2. Permiso de trabajo de la caldera ubicada en el edificio de lectromecanica del (C<
2
DATOS DE PLACA DE LA CALDERA (abla 2. &atos de placa de la caldera. 3
Ma!)a A3 Md"' Ca%"#!4a P!"$i*( d" %!a-a0 P!"$i*( d" &5i&a
)team@PaD !s PoEer 1F'% )P+-@3>@2 F 3F!% C ! bar 1>" bar
2 :uente< &ato proporcionados por el profesor.
3 :uente< 6aboratorio de )istemas de -apor. Pági! " 1# 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
C&-u$%i-'" V'u&"( d" %a(+u"
&iesel 1>>> litros
SISTEMA DE BOMBEO DE AGUA Para la selección de las bombas para la alimentación de la caldera se deben cumplir ciertos re#uerimientos mínimos. • • • • • •
Cantidad de bombas (ipo de operación< Continua o intermitente. Presión re#uerida =ltura din$mica total de la bomba? *P)+ disponible (emperatura del agua #ue se bombea Capacidad re#uerida =Caudal de la bomba?
continuación se muestra un ejemplo tomado del pro,ecto de sistemas de vapor del semestre anterior. =Ma,orga 6amas )olis Martine4 G H9eng rrieta 2>1"? (abla 3. Condiciones mínimas re#ueridas para las bombas de alimentación. !
C(di)i("$ d" ,"!a)i*( d" 'a -&-a
Ca'd"!a 6i)7"$ 8A)ua%u-u'a!9
Ca'd"!a La&-da 8Pi!%u-u'a!9
Ti, d" ,"!a)i*( T"&,"!a%u!a d"' a#ua d" a'i&"(%a)i*( 8:C9 Eva,!a)i*( &5i&a 8'-;19 Ca,a)idad d" 'a -&-a 8'-;19 Cauda' d" 'a -&-a 8GPM9 P!"$i*( d" 'a )a'd"!a 8,$i#9 P!"$i*( ,"!a)i*( -&-a 8,$i#9 R"+u"!i&i"(% d" NPS2
Continua (IF>
ntermitente (IF>
12"2!>> 13''%!>
""11>> 02%%">
<=
>?
%02'
%02'
@@>
@@=?
/ajo
/ajo
! =Ma,orga 6amas )olis Martine4 G H9eng rrieta 2>1"? Pági! " 15 6aboratorio de )istemas de -apor 7(ecnológico de Costa Rica
CÁLCULO DEL NPS2 DISPONIBLE
:igura 3. jemplo de c$lculo del *P)+ disponible.
(abla !. *P)+ &isponible en las bombas.
NPS2 di$,(i-'" B&-a Ca'd"!a 6i)7"$ 2a 8%9 2v, 8%9 2 8%9 2$ 8%9 NPS2 di$,(i-'"
B&-a Ca'd"!a La&-da 2012 >0! 1'2 !"F
+a =ft? +vp =ft? +f =ft? +s =ft?
2012 >0! 20' !"F
<@
NPS2 di$,(i-'"
>@=>
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VENTAJAS DESVENTAJAS DE USAR COMBUSTIBLES BIOMÁSICOS Ventajas •
s una fuente de energía inagotable , adem$s apenas contamina el
•
Medio ambiente< no contribu,e a la destrucción de la Capa de O4ono. Ja #ue es una fuente de energía renovable disminu,e la dependencia de
•
los combustibles fósiles (iene un coste mu, inferior al de la energía convencional< es 9asta cuatro
•
veces m$s barato. Kran variedad de combustibles disponibles aptos para consumo en la
•
misma caldera. iste una tecnología mu, avan4ada con garantía de funcionamiento alto rendimiento , fiabilidad.
Inconvenientes •
6os rendimientos de las calderas de biomasa son algo inferiores a los de
•
las caderas #ue usan un combustible fósil lí#uido o gaseoso. 6a biomasa posee menor densidad energ5tica lo #ue 9ace #ue los
•
sistemas de almacenamiento sean ma,ores. 6os sistemas de alimentación de combustible , eliminación de ceni4as son m$s complejos , re#uieren unos ma,ores costes de operación ,
•
mantenimiento. 6os canales de distribución de la biomasa no est$n tan desarrollados
•
como los de los combustibles fósiles. Muc9os de estos recursos tienen elevados contenidos de 9umedad lo #ue 9ace #ue en determinadas aplicaciones pueda ser necesario un proceso previo de secado.
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CONCLUSIONES )e pudo observar el funcionamiento de la caldera pirotubular presente en el edificio de la escuela así como identificar cada una de sus partes , comprender la importancia de cada una de ellas para el correcto funcionamiento de la caldera. Por medio de una inspección visual se corroboro #ue la caldera anali4ada es pirotubular de dos pasos. Observando las características constructivas de la caldera se pudo diferenciar entre pirotubular acuatubular o mitas.
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