Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Campo 4 Laboratorio de Máuinas !érmicas "ráctica No# $ % &enerador de 'apor (ui) (am*re) +os,ua Adrian No# Cuenta# 4$4-.//04 "ro1# "ro1# +2SE (3CA(2 L2"E5 +3MENE5 &rupo6 $0789
*as6 lunes : miércoles ;orario6 $.6-- % <-6-Objetivos. a) Cálculo de la capacidad, eficiencia de una caldera y gastos de un combustible y de vapor. Introducción. Definición de caldera Aparato a presión en donde el calor procedente de cualuier fuente de energ!a se transforma en utili"able, en forma de energ!a t#rmica, a trav#s de un medio de transporte en fase l!uida o vapor. $iesgos %. &or la presión interna, ue puede provocar su rotura en caso de dise'o o fabricación defectuosos. (. &or el almacenamiento de energ!a t#rmica, ue en caso de liberación por rotura tiene efectos destructivos. . &or la e*istencia de una fuente de calor de alta temperatura. A la combinación de una caldera y un sobrecalentador se le conoce como generador de vapor. +l principio básico de funcionamiento de las calderas consiste en una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a trav#s de una superficie de intercambio se reali"a la transferencia de calor. a estructura real de una caldera dependerá del tipo, no obstante, de forma generar podemos describir las siguientes partesuemador- sirve para uemar el combustible.
/ogar- alberga el uemador en su interior y en su interior se reali"a la combustión del combustible utili"ado y la generación de los gases calientes. 0ubos de intercambio de calor- el flujo de calor desde los gases 1asta el agua se efect2a a trav#s de su superficie. 0ambi#n en ella se generar las burbujas de vapor. 3eparador l!uido4vapor- es necesario para separar las gotas de agua l!uida con los gases a2n calientes, antes de alimentarla a la caldera. C1imenea- es la v!a de escape de los 1umos y gases de combustión despu#s de 1aber cedido calor al fluido. Carcasa- contiene el 1ogar y el sistema de tubos de intercambio de calor.
Clasificación de las calderas +*isten varias caracter!sticas ue dan lugar a varias agrupaciones de las calderas ue pueden sera) +n función a la posición relativa entre el fluido a calentar y los gases de combustiónCon tubos m2ltiples de 1umo 5 &irotubulares. Con tubos m2ltiples de tubos de agua 5 Acuotubulares. b) +n función del n2mero de pasosDe un paso de recorrido de los gases. De varios pasos.
c) +n función del tipo de tiroDe tiro natural. De tiro inducido. De tiro for"ado. d) +n función de las necesidades energ#ticas del procesoCalderas de agua caliente. Calderas de agua sobrecalentada. Calderas de vapor saturado. Calderas de vapor sobrecalentado. Calderas de fluido t#rmico.
Caracter!sticas generales- 4 3e construyen en tama'os de 1asta %6777lbm81ora de vapor. 4 +l Calor circula por dentro de los tubos y el fluido fr!o, agua, por fuera de ellos. 4+l calor es transferido por medio de los 1umos o gas de la combustión. 4 os tubos van sumergidos en el agua 4 a caldera de baja presión está limitada a %9psig de presión de vapor. 4 a caldera de vapor para generar fuer"a puede operar a una presión de 77&sig y una capacidad de 97777bm81ora de vapor de agua. 4 +l dise'o de una caldera tubos de 1umo se basa principalmente en el 1ogar y en los pasos de los gases a trav#s de los tubos. 4 :san como fluido termodinámico el agua y el aceite t#rmico. 4 as calderas pueden ser de tubos continuos o de tubos de retorno de acuerdo con la dirección del flujo de gases.
4 &ueden tener un 1ogar interno o estar dotadas de un fogón e*terno. 4 3u operación con la nueva tecnolog!a les permite operar automáticamente. 4 +l espacio comprendido arriba del nivel agua es llamado cámara de vapor. 4 a caldera puede ser de uno, dos y ocasionalmente 1asta de cuatro retornos.
Ventajas: 4 Almacenan gran cantidad de agua. 4 &roducen gran cantidad de vapor. 4 &ermiten efectos de fluctuaciones en la demanda de vapor. 4 3u costo instalado es relativamente bajo y considerablemente menor ue la correspondiente caldera acuotubular de domo. 4 3on perfectamente adaptables a la producción estandari"ada. 4 3on eficientes de ;<= a 69=. 4 a caldera escocesa es económica en su costo inicial, ocupa un m!nimo de material refractario y su instalación es sencilla. 4 >áciles de transportar4 ?ecesitan relativamente poca área para su instalación. 4 as calderas escocesas pueden ser operadas bien con aguas contaminadas.
Desventajas: 4 3u arranue en fr!o es demasiado lento para alcan"ar la presión de trabajo. 4 3u posibilidad de sobrecalentamiento es limitado y depende del tipo de caldera. 4 Con el aumento de la demanda de vapor, la temperatura de los gases se eleva rápidamente. 4 ?o se utili"an para el accionamiento de turbinas. 4 +l tama'o de la caja del 1ogar no puede ser ampliado. 4 3u operación se torna cr!tica al operar con sobrecarga de más del @7=.
4 3u mantenimiento interior es dificultoso. 4 ?o son empleables para altas presiones operan de 7477 &3IB).
Caracter!sticas generales4 + fluido, agua, circula por el interior de los tubos y por el e*terior los gases producto de la combustión. 4 os tubos ue manejan agua y vapor, o tubos descendentes son de acero al carbono4 +stas calderas por lo general son de construcción vertical 4 +stas calderas reuieren de agua de alimentación con un tratamiento u!mico e*1austivo. 4 +stas calderas pueden ser de circulación natural o for"ada. 4 as de circulación for"ada supercr!ticas no utili"an bomba de recirculación, y operan con presiones de dise'os cercanas o por encima del punto cr!tico. 4 :tili"an calentadores de aire ue es el 2ltimo dispositivo en recuperar calor de la caldera y se locali"a en la c1imenea. 4 :tili"an precipitadores a la salida del 1umo. 4 Algunas son de tiro inducido, tiro for"ado y de tiro euilibrado o balanceado.
Desarrollo. +l profesor nos llevó al cuarto donde se ubica la caldera en los laboratorios de la >+3 Cuautitlán. Despu#s el &rofesor e*plico las &artes de la caldera, como era el recorrido del agua y la ubicación de los manómetros y termómetros de la caldera. :na ve" e*plicado todo lo necesario antes de empe"ar la práctica el t#cnico encargado prosiguió a encender ventilador ue limpiar!a de gases al uemador. &asados 7 segundos se encendió el uemador.
Algunos minutos despu#s empe"ó a subir la temperatura de la caldera con lo ue empe"ó a generar vapor. Despu#s de un tiempo la caldera estabili"o su temperatura y presión de vapor. 0omamos nota de todas las mediciones necesarias para poder reali"ar todas las fórmulas. :na ve" ue la caldera llego a la presión necesaria la caldera se apagó. :na ve" 1ec1o esto regresamos al salón de clases para concretar lo visto en la caldera. +l profesor nos dios las fórmulas necesarias para completar la práctica.
Imágenes del Desarrollo.
Fórmulas. C.C. 69%7 cal81r Capacidad ?ormal de Carga C?
Superficie decalefacción m ² x 8510 kcal / hr 0.93 m ²
Capacidad $eal C$C? * >3 Donde. >s >actor de 3obrecarga Basto de Eapor
BE
CR ( h 1− h 2 )
Donde.
1% +ntalpia de Eapor a la Descarga 1( +ntalpia del !uido a la +ntrada 1( 1f F G1fg Hcal81r Donde. G 7.< Eapori"ación euivalente GV ( h 2− h 1 )
E+
543.4
… … . K g / hr
>actor de Eapori"ación >E
h 2 −h 1 543.4
+ficiencia de la Caldera a8s *%77 Donde 5 s Bc * &cs
Donde. Bc 5 gasto de combustible g81r &C3 5 &oder calor!fico superior de combustible cal8g Donde. a Bv1( 5 1%)
Hcal8Hg.
Tabla de Lectura y Datos. LCT!"#
$"%I&' DL V#$("
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C? <7,9<7.( Hcal81r
C$ <7,9<7.( * %.% C$ <<,J@7.9 BE <<,J@7.9 8 (,;@%.;( G (,7%.(9) BE ((J.( Hg81r E+ ((J.(*@@7.@;) 8 9@.@ E+ %6.; Hg81r >E @@7.@; 89@.@ >E 7.6%79 s 7.J;;; g81r * %7,<%cal8g s ;,@77.(6; cal8g a ((J.(@@7.@;) a <<,J@;.9( cal8g ;,@77.(6; 8 <<,J@;.9( 7.7;@(J K %77 ;.@(=
Tabla de "esultados. ectura
BE g81r
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;,@77.(6;
g81r
g81r
g81r
g81r
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Conclusiones.
A trav#s del conocimiento de la cantidad de energ!a transmitida del di#sel al agua, las temperaturas de estos y la temperatura de salida de una caldera determinamos cuanto absorbe el agua para poder 1acer un cambio de fase, y asi mismo saber ue nuestro generador de vapor funciona correctamente o tiene alguna falla ya ue los valores destacados no son los ideales o los establecidos para el generador, es por eso ue es necesario conocer el funcionamiento de la caldera y detectar fallas rápidamente.
Cuestionario. %. Lencione las dificultades ue se presentaron en la práctca. +l fogonero no llego en los 1orarios establecidos. (. Lenciona los accesorios ue 1ay en la instalación. Lotor a di#sel, ventilador, Momba de agua, uemador, válvulas. . NCuál es la secretaria ue contiene un reglamento ue 1abla de calderas 3ecretaria del 0rabajo y &revención 3ocial, Dirección 3ocial de Ledicina y 3eguridad en el 0rabajo. @. NCómo se determina el t!tulo del vapor A trav#s de la temperatura ue este alcan"a. 9. Lencione los cuidados ue se deben de tener al encontrar y operar una caldera. Controlar fugas de agua o de combustible, $evisar presiones de la caldera, controlar la entrada de agua, evitar personas ue descono"can el tema a manejar. J. Nu# condiciones anormales se observaron al 1acer la práctica /ab!a p#rdidas de presión, >ugas.
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