T-ESPEL-0051

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL EJERCITO SEDE LATACUNGA

FACULTAD DE INGENIERIA DE EJECUCION EN ELECTROMECANICA

TESIS PREVIA DE LÑA OBSERVACION DEL TITULO DE INGENIERO DE EJHECUCION EN ELECTROMECANICA

TEMA:

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA CALDERA

PIROTUBULAR HORIZONTAL DE TRES PASOS 50 BHP POR: FRANCISCO XAVIER CAJAMARCA CORRAL

LATACUNGA – ECUADOR DICIEMBRE 2001

DEDICATORIA

Este trabajo es dedicado al esfuerzo de mis padres

DEDICATORIA

Este trabajo es dedicado al esfuerzo de mis padres

CERTIFICACION

Certificamos que el presente trabajo fue realizado en su totalidad por el Sr. Francisco Xavier Corral, bajo nuestra dirección.

.

………………………………

ING. William Ramirez DIRECTOR

.

………………………………

Ing. Juan Castro. CODIRECTOR

PREFACIO El presente proyecto pretende ofrecer una alternativa mas económica a las industrias que utilizan el vapor dentro de sus procesos de producción ,mediante la fabricación local de una caldera.

Por tratarse de una máquina sometida a grandes presiones y a severas condiciones de trabajo, deberá ser construida bajo estrictas normas de seguridad y deberá estar equipada con elementos que garanticen un buen funcionamiento ,además del bienestar del personal que trabaja alrededor de la misma.

Este proyecto comprende diseño y construcción de una caldera. Para el diseño se tomará en cuenta las recomendaciones más importantes de los fabricantes internacionales de calderas.

Las ventajas que nos ofrece este proyecto son las siguientes: menor tiempo en la entrega de la máquina , un precio mas mas económico, fácil mantenimiento y la mas importante que puede ser fabricada localmente.

I.- INTRODUCCION 1.1.- ANTECEDENTES Al considerarse al vapor como la principal fuente de energía térmica y las mas económica en la mayoría de los procesos industriales a nivel mundial, estaríamos hablando directamente de su máquina generadora conocida como Caldera. Debido al elevado costo de una maquina generadora de vapor importada ,este se convierte en un obstáculo para las empresas nuevas que necesitan una caldera para sus procesos industriales, y que no están en la la capacidad económica de realizar tal inversión. Bajo este concepto la empresa MICROEMPAQUES S.A. ha tomado la decisión de apoyar e invertir en este proyecto de diseño y construcción de una caldera que satisfaga las necesidades para la producción de cartón corrugado.

1.2.- OBJETIVOS GENERALES Diseñar y construir una caldera que satisfaga con la demanda de vapor para la producción de la compañía MICROEMPAQUES S.A. Reducir el costo de esta maquina generadora de vapor con relación a una semejante pero importada.

Mantener todas las normas de seguridad y protección durante todo el proceso de construcción y de operación una vez entregada la máquina.

1.3.- OBJETIVO ESPECIFICO Entregar la cantidad de vapor necesaria para la preparación del cartón microcorrugado, y la preparación de la goma que se usa en este proceso industrial en este caso particular 700 Kg. de vapor por hora hora a una presión máxima de 125 psi. estos parámetros fueron entregados por la compañía comercializadora de la maquinaría y equipos en los Estados Unidos

1.4.- ALCANCE 1.4.1.- PARTE TEORICA Se empieza con una visión general de los diferentes tipos de calderas, conceptuando a las calderas mas opcionadas para esta necesidad ,el procedimiento para el diseño térmico y los materiales utilizados en la fabricación. También se indican las propiedades más importantes del combustible que se utilizara en este caso el diesel.

1.4.2. - DISEÑO Para la fabricación de la caldera se tomarán en cuenta los siguientes aspectos: un prediseño térmico, un diseño térmico corregido para que cumpla con los parámetros de diseño establecidos, y un diseño mecánico analizando y comparando con parámetros establecidos por fabricantes internacionales de calderas.

1.4.3. - CONSTRUCCION Esta caldera será construida en su totalidad en talleres ecuatorianos especializados en este tipo de trabajos ,bajo permanente supervisión durante todas las

etapas de fabricación.

1.4.4.-

MANUAL DE MANTENIMIENTO

Estará incluido un manual de operación en el que se indicará la manera general de manejar la caldera desde su encendido ,además se entregarán los procedimientos para mantener a la caldera en perfectas condiciones de funcionamiento mediante un programa de mantenimiento.

II.- GENERALIDADES SOBRE LAS CALDERAS DE TUBOS DE FUEGO 2.1.- CALDERAS PIROTUBULARES Estas calderas también son conocidas como " calderas de tubos de humo "o como" calderas pirotubulares" Su nombre se deriva del hecho que en las calderas de este tipo todo el trabajo o la mayor parte del mismo es realizado por transferencia de calor desde los productos de combustible caliente ,los cuales fluyen por el interior de los tubos, mientras que el agua se encuentra rodeando a dichos tubos. En estas calderas el agua y el vapor se encuentran contenidos en una carcaza o envolvente ,incluyendo los elementos para producir vapor. Aunque la forma ideal para resistir presiones internas es un esfera ,sin embargo por consideraciones practicas se ha optado por construirlas básicamente en carcazas cilíndricas. Secciones no cilíndricas y ciertas superficies planas han sido añadidas con el fin de proporcionar resistencia a presiones internas por varios métodos tales como :tirantes diagonales, pernos continuos, o tubos tirantes. Estas calderas presentan limitaciones en su resistencia estructural para altas presiones, pues en el caso contrario se tendrían que diseñar calderas pirotubulares de diámetros muy grandes y espesores también excesivos, lo cual sería antieconómico comparado con la producción de vapor que se generaría. Tiene sin embargo ,la ventaja de su gran volumen de almacenamiento de agua, además de su peculiaridad de

compensar los efectos de las grandes y repentinas fluctuaciones en la demanda de vapor. Debido a su gran volumen de agua ,el tiempo que necesita para alcanzar su presión de trabajo , partiendo de un arranque en frío, es considerablemente mayor que el requerido por una caldera acuotubular.

2.1.1.- CARACTERISTICAS Las calderas pirotubulares se usan principalmente para sistemas de calefacción para la producción de vapor requerido en los procesos industriales o como calderas portátiles. Se construyen en tamaños de hasta unos 6.800 Kg. (15.000 lb) de vapor por hora. La caldera de baja presión esta limitada a 1.05 Kg/cm 2 (15 lb/plg2 )de presión de vapor, y la caldera de vapor para generación de fuerza , puede operar a una presión de 17.6 Kg/cm 2 ( 250 lb/plg2 ). La caldera pirotubular se usa generalmente en donde la demanda de vapor es relativamente reducida, comparada con la demanda de las grandes centrales termoeléctricas. No se utiliza para el accionamiento de turbinas , porque no es convenientemente adaptable a la instalación de supercalentadores. Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitada y depende del tipo de la caldera ; con el aumento de la demanda de vapor, la temperatura de los gases se eleva rápidamente.

El costo de una caldera pirotubular instalada, es relativamente bajo y considerablemente menor que la correspondiente caldera acuotubular de domo.

Y como ofrece condiciones favorables con respecto a sus costos de fabricación , es perfectamente adaptable a la producción estandarizada. El diseño de la caldera de tubos de humo se basa principalmente en el hogar y en los pasos de los gases a través de los tubos. Se han desarrollado muchos dispositivos .Los tubos han sido colocados horizontalmente, inclinados y en posición vertical, con uno o más retornos. La caldera recibe la denominación de caldera de tubos continuos o de tubos de retorno, de acuerdo con la dirección del flujo de los gases. Puede tener un hogar interno , o estar dotada de fogón externo. El hogar interno puede ser del tipo de tubo recto, localizado dentro del cuerpo cilíndrico y rodeado por paredes de agua, o puede ser del tipo de caja , con el fogón rodeado de una superficie enfriada por agua, que recibe el nombre de paredes de agua, con excepción de la parte de abajo (piso).

2.2.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS CALDERAS PIROTUBULARES -

VENTAJAS

 –



Menor costo de fabricación



Se construyen en tamaños relativamente pequeños para su manejo e instalación



Son portátiles



Fácil mantenimiento



Almacenan gran volumen de agua



Soportan fluctuaciones en la demanda de vapor

-

DESVENTAJAS

 –



Presentan limitaciones para altas presiones



Producción de vapor relativamente reducida



Espacio limitado para la instalación de equipos auxiliares como supercalentadores.

2.3.- FORMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA  CALDERA  Llevar el calor desde el hogar donde se quema el combustible, hasta el agua que se encuentra dentro de la caldera presenta el problema de la transferencia de calor. El calor puede transferirse de un punto a otro por tres métodos distintos : radiación , convección y conducción. Las calderas están diseñadas de manera que utilicen perfectamente los tres métodos.

2.3.1.- RADIACIÓN Es el fenómeno de transferir el calor en forma de ondas similares a las ondas de radio y de la luz. Así como la luz estas ondas pasan libremente por el aire y otras materias transparentes sin efecto aparente en ellas .

Las llamas del combustible ardiendo dentro del hogar en todas direcciones, de este calor radiante un gran porcentaje pasa directamente de la llama a la superficie de calefacción de la caldera, donde es absorbido.

2.3.2. - CONVECCIÓN La transferencia de calor por convección se debe al movimiento del fluido. El

fluido frío adyacente a superficies calientes recibe calor que luego transfiere al resto del fluido frío mezclándose con él. La convección libre o natural ocurre cuando el movimiento del fluido no se complementa por agitación mecánica . Pero cuando el fluido se agita mecánicamente , el calor se transfiere por convección forzada.

2.3.3. - CONDUCCIÓN Se efectúa cuando se transmite energía por contacto directo entre las moléculas de 2 o más cuerpos que se encuentran en buen contacto térmico entre sí ; o sea que las moléculas calentadas comunican su energía a las otras que se encuentran inmediatamente adyacentes a ellas. En general , los sólidos conducen calor mejor que los líquidos y los líquidos mejor que los gases. Esto se explica debido a la diferencia de estructura molecular , puesto que las moléculas de un gas al encontrarse muy separadas, la transferencia de calor de molécula a molécula se torna más difícil.

2.4.

-

CLASIFICACION

PIROTUBULARES

DE

LAS

CALDERAS

Las calderas pirotubulares se pueden clasificar bajo diferentes aspectos entre los más importantes tendríamos según su posición, según el fondo de la parte posterior, según el número de pasos; se podría considerar también por el tipo de combustible quemado sobre todo cuando la diferencia esta entre un combustible sólido y un combustible líquido.

2.4.1. - SEGUN SU POSICION Las calderas de tubos de fuego se las puede encontrar según su posición en horizontales y verticales, siendo las comunes y utilizadas las de posición horizontal.

 FIG. 1: Clasificación de las calderas pirotubulares por la posición en que se encuentran

2.4.2. - SEGUN EL FONDO DE LA PARTE POSTERIOR La parte posterior de la cámara de combustión en una caldera puede ser de dos tipos de fondo seco y de fondo húmedo es decir que la cámara se encuentra enfriada por agua.

 FIG. 2: Clasificación según el fondo de la parte posterior de la cámara.

2.4.3. - SEGUN EL NUMERO DE PASOS O RETORNOS Bajo este parámetro podemos encontrar calderas de dos pasos (fondo seco), tres pasos (con o sin enfriamiento de agua), cuatro pasos (fondo seco).

 FIG. 3: Clasificación según el número de pasos.

2.4.4. - SEGUN EL COMBUSTIBLE QUEMADO Este parámetro dependerá de la factibilidad de quemar los diferentes tipos de combustibles líquidos, sólidos y gaseosos, dentro de los mas utilizados estarían el Diesel, el Búnker, el Gas (glp), la madera, el carbón etc.

2.5. - CALDERAS PIROTUBULARES HORIZONTALES La mayor parte de las calderas tanto de aplicación industrial como de aplicación marina que son usadas actualmente son del tipo horizontal. Las características de este tipo de calderas son bastante parecidas, a continuación detallaremos sus partes principales:

2.5.1. - EL CUERPO O CASCO El cuerpo de la caldera esta compuesto básicamente por un cilindro de plancha de acero en el cual se encuentra formando parte integral el hogar y los tubos de fuego. La línea del nivel de agua se fija generalmente en un punto localizado a no menos de 5 cm. Arriba del borde de la hilera superior de los tubos de fuego, o de la placa de la corona. El espacio comprendido arriba del nivel de agua es llamado cámara de vapor. El casco de una caldera de tubos horizontales con piernas de agua, comprende una placa de extensión de la envolvente, prolongada por las placas que forman la caja de fuego o el hogar.

 FIG. 4: Cuerpo o casco de una caldera pirotubular horizontal.

2.5.2. - EL HOGAR El hogar constituye la parte de la caldera donde se realiza la combustión de la mezcla aire, suministrado por un ventilador, y el combustible pulverizado a través de un quemador. El hogar en las calderas pirotubulares va localizado según el tipo de fabricante, este puede ser centralizado en unos casos y un poco desplazado hacia la base o parte inferior de la caldera en otros. El hogar de las calderas pirotubulares lleva ladrillos refractarios los cuales van pegados entre sí con cemento refractario, todos estos materiales deben ser resistentes a las altas temperaturas que normalmente se producen en el hogar de toda caldera por causa de la combustión. Este material refractario constituye un recubrimiento interior del hogar, para evitar que estas altas temperaturas alcancen y destruyan la cubierta o carcaza de la caldera.

 FIG. 5: Hogar de una caldera pirotubular horizontal.

2.5.3. - LA CAMARA DE COMBUSTION En las calderas pirotubulares modernas se considera que esta forma una sola parte con el hogar, sin embargo en las calderas Scotch, se denomina así la parte posterior del hogar. Es decir en otras palabras al fondo posterior del hogar y en lo que a esta parte concierne existen ciertas diferencias en el diseño de algunas calderas. Es así que se denominan "calderas de fondo húmedo" a aquellas que tienen su parte posterior enfriada por la misma agua de la caldera; en este grupo encontramos a las calderas Scotch, Kewanee y a las Distral. Por otra parte, se denominan "calderas de fondo seco" a aquellas que tienen su parte trasera o posterior en contacto con los gases provenientes de la combustión realizada en el hogar, en este grupo encontramos a las calderas York Shipley y Cleaver Brooks. Del esquema se puede observar que los tubos de las calderas con fondo seco son todos de la misma longitud, no así los tubos de la caldera con fondo húmedo que son de dos longitudes diferentes. Por otra parte cabe notar que la tapa de registro de la caldera de fondo seco ubicada en la parte trasera es de mayor dimensión que la caldera de fondo húmedo, lo cual facilita su acceso para inspección o limpieza. ( Fig. 2 )

2.5.4. - TUBOS DE FUEGO Y SU NUMERO DE PASOS

Los tubos de fuego son construidos de acero de bajo porcentaje de carbono. La forma como se encuentren estos distribuidos definirá él numero de pasos o retornos de gases circulando por el interior de los mismos.

Todos los tubos se encuentran soportados y unidos en sus extremos a placas o espejos, en los cuales van expandidos, biselados y pestañeados; o soldados según sea el tipo y marca de la caldera.

Los tubos de fuego son regularmente de 51 mm a 102 mm (2"a 4") de diámetro, y su selección depende de la perdida de tiro y del tipo de combustible a usar. Frecuentemente se aumenta el diámetro en 25 mm por cada 1.22 m de aumento en la longitud de los tubos. Esta relación es variable. Las calderas portátiles con chimeneas cortas, requieren diámetros grandes en los tubos; las que van dotadas de ventiladores de tiro, pueden llevar tubos de menor diámetro.

 FIG. 6: Disposición de los tubos para una caldera de tres pasos.

Cabe indicar que en las calderas de tres pasos, se obtiene la máxima transferencia de calor en el segundo y tercer paso osea en los tubos de fuego, ya que los mismos representan la superficie de calentamiento principal de esta máquina térmica.

En las calderas de cuatro pasos , el 40% del calor es transferido en el hogar y el 60% es transferido en los otros tres pasos de los gases a través de los tubos. En lo referente a la superficie de calefacción de las calderas pirotubulares , se puede decir en general que todas se encuentran diseñadas tomando como base de 4 a 5 pies cuadrados de calefacción por caballo caldera (bhp). Esto significaría que una caldera que tenga 750 pies cuadrados de superficie de calefacción tendrá aproximadamente 150 caballos caldera de potencia calorífica.

2.5.5. - PUERTAS O TAPAS DE REGISTRO Las puertas de acceso a los tubos se encuentran localizadas frente a los mismos; las puertas para la limpieza se encuentran en las cajas de humo y otras partes convenientes. Estas puertas son necesarias para remover el hollín y para el cambio de tubos. Para el acceso se cuenta con registros de hombre, (Manhole) y para la limpieza, desfogue de sedimentos y lodos, así como para la inspección de las partes en contacto con el agua, se dispone de registros de mano (Handhole) y orificios con tapones roscados.

Los grifos de drenaje colocados en las partes inferiores, se conocen como grifos de purga. El vapor o agua caliente se descarga de la parte superior de la caldera por una o varias boquillas o conexiones roscada.

2.5.6. - CHIMENEA La chimenea es el ducto que conduce por medio de un tiro los gases producto de la combustión hacia afuera de la caldera. El tiro natural se crea cuando la presión barométrica en un punto determinado es inferior al que existe en la región adyacente, en otras palabras se entiende por tiro natural, la diferencia de presiones originada por la altura de la chimenea y la mayor temperatura de los gases de combustión con respecto al medio ambiente, dando como resultado una corriente de aire desde el hogar hacia el exterior de la caldera. En cambio el tiro forzado significa introducir aire a presión al hogar. Utilizando ventiladores y el tiro inducido por su parte significa succionar los gases de combustión a través de ventiladores instalados en la chimenea, para sacarlos hacia el exterior.

FIG. 8: Chimenea y cubierta para

una chimenea.

III.- COMBUSTION En este capitulo se realiza un análisis del proceso de combustión a efectuarse en el hogar de la caldera; esto es la determinación de los productos de combustión y de la temperatura de la llama, considerada como la temperatura inicial. Por otro lado se selecciona el combustible y se incluyen las propiedades y características que presenta en el país.

3.1. - ELEMENTOS DE LA COMBUSTION La combustión es un proceso químico que se produce por la unión de substancias combustibles con él oxigeno. Los combustibles comerciales presentan básicamente tres elementos susceptibles de oxidarse: carbono, hidrógeno y azufre. El oxigeno mantiene la combustión y el nitrógeno no reacciona, sin embargo a elevadas temperaturas, el efecto de la disociación puede hacer que reaccione y forme óxidos los cuales dan lugar a problemas de contaminación. El azufre produce normalmente ácidos los cuales son contaminantes y provocan corrosión en los metales. Adicionalmente se puede decir que existe agua en los reactantes debido a la humedad del aire y del combustible.

3.2. - REQUISITOS PARA LA COMBUSTION. Los requisitos específicos para obtener una combustión adecuada son particularmente para cada combustible. Es posible sin embargo, delimitar ciertas consideraciones generales y a partir de ellas formar las bases del diseño para la combustión. Estos requisitos son: El suministro de aire debe ser tal que asegure suficiente oxigeno para una combustión completa. Puesto que la combustión completa no necesariamente es combustión eficiente, se debe asegurar que el exceso de aire introducido sea solo el necesario, ya que este produce una baja temperatura en los gases. El suministro de aire debe ser de tal manera que entre en libre e intimo contacto con las substancias combustibles. Para la combustión, el aire y el combustible deben mantenerse a una temperatura mayor o igual a su punto de ignición hasta que la combustión se complete.

3.3. - COMBUSTION EN LAS CALDERAS La calidad de la combustión en las calderas es importante, pues esta tiene influencia directa sobre: La eficiencia El mantenimiento, y La seguridad de funcionamiento.

Los depósitos de combustible no quemado combinado con impurezas afectan la transferencia de calor al agua en las calderas y al vapor en los recalentadores; por otra parte, la normal dosificación de combustible al iniciarse un ciclo de operación puede originar explosiones en el lado de fuego de las calderas. Por lo tanto, una adecuada combustión evitará todas las anomalías arriba mencionadas. Para que se produzca la combustión es necesario la presencia de los siguientes elementos: Un elemento combustible: diesel oíl, fuel oíl, etc. Un elemento comburente: el aire Un elemento de ignición: chispa. El carbono, hidrógeno, y oxígeno son algunos de los elementos que contiene el combustible, los cuales se queman al combinarse con el aire suministrando calor, mientras los demás componentes reducen la cantidad efectiva de calor liberado.

3.4. - ELECCION DEL COMBUSTIBLE En general en calderas se puede utilizar combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Dentro de los sólidos se emplean carbón, madera o desechos combustibles provenientes de cualquier proceso. Los combustibles líquidos empleados son Diesel y Búnker y los gaseosos generalmente son subproductos provenientes de la explotación del petróleo.

La selección de un tipo de combustible, dependerá de los criterios del diseñador y de la facilidad con que tenga acceso a ellos. Un factor predominante para la selección del combustible es el aspecto económico, que debe involucrar análisis de costos, no solo del combustible sino de las instalaciones necesarias para su almacenamiento, transporte y dosificación. Un ejemplo clásico se da entre el diesel y el búnker, aunque el segundo tiene menor costo

por galón, requiere intercambiadores de calor para su fluidización, así como instalaciones mixtas con diesel para encendido y apagado de la caldera. En lo referente a los combustibles gaseosos, en comparación a los líquidos estos presentan inconvenientes para su almacenaje, transporte y suministro.

3.4.1. -

TABLAS DE CARACTERÍSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES

MAS COMUNES Por ser el Diesel # 2 y Fuel oíl # 6 (búnker) los combustibles mas utilizados en este tipo de calderas tabularemos las características más importantes de cada uno de ellos, de acuerdo a datos experimentales tomados de la tesis de la Universidad Central del Ecuador, determinación del poder calórico de combustibles medios y pesados producidos en el Ecuador Tabla 1: Propiedades aproximadas del Diesel # 2 para consumo nacional (fuente:  Industriales y marinas del Ing.Angel Vargas.)

Calderas

PROPIEDADES

DEL

DIESEL

Viscosidad SSU a 100° F

36 a 45

Gravedad especifica

0,849 a 0,86

Grados API

33 a 35

Punto de inflamación ( °F )

180

Poder calórico superior ( Kcal / Kg )

10.700

Contenido de azufre %

0,49

Contenido de vanadio ( ppm )

1,5

Tabla 2:Propiedades aproximadas del Bunker para consumo nacional ( Fuente :  Industriales y marinas del Ing.Angel Vargas.)

PROPIEDADES

DEL

BUNKER

Viscosidad SSU a 100° F

3714 a 3805

Gravedad especifica

0,950 a 0,953

Grados API Punto de inflamación ( °F ) Poder calórico superior ( Kcal / Kg )

16,9 a 17,4 285 10.900

Contenido de azufre %

1,5

Contenido de vanadio ( ppm )

120

Contenido de cenizas %

0,04 a 0,15

3.4.2. - CARACTERISTICAS GENERALES DEL DIESEL

Calderas

Fácil almacenaje y manejo en bombas, tuberías y controles. Fácil regulación de la combustión Puesta en servicio rápida y fácil Presenta pequeñas porciones de ceniza, dando lugar a menores pérdidas de calor y poca formación de escorias. Su densidad relativa es menor que 1, por lo que su purificación es fácil.

3.4.3. - CARACTERISTICAS GENERALES DEL BUNKER. Almacenaje bajo control de temperatura Manejo cuidadoso en bombas , tuberías y controles Necesita cierto tiempo para alcanzar la temperatura de servicio cuando el equipo estuvo fuera de servicio. Presenta grandes cantidades de cenizas e impurezas por lo que el tiempo de limpieza de la caldera es menor.

3.5. - AIRE REQUERIDO PARA LA COMBUSTION Para un determinado peso de un combustible normalmente se requiere un peso preciso de oxígeno para quemar así los componentes químicos de este combustible.

Como el aire es una mezcla de oxígeno, nitrógeno y otros gases, un peso preciso de oxígeno es equivalente a un peso de aire que es suficientemente constante para los propósitos de la combustión. Sin embargo en la practica la completa combustión del fuel o de cualquier combustible no podría ser efectuada sino se suministrara algo de aire en exceso de aquel requerido para una combustión teóricamente perfecta. El exceso de aire se determina por la experiencia, y la cantidad óptima depende de varios factores, entre ellos:

Garantizar la combustión completa Tratar de asegurar turbulencia y mezcla completa del aire con el combustible pulverizado. Del combustible a emplearse Del método de quemado De la disposición y proporciones de la cámara de combustión

Bajo estas consideraciones, para calderas que emplean quemadores a diesel, se recomienda que el porcentaje de aire de exceso sea entre 5 y 20%, cantidades mayores disminuyen la eficiencia, ya que roban inútilmente energía, refrigeran los gases de combustión y aíslan la llama de las superficies de caldeo.

En la figura se puede observar el efecto del porcentaje de aire teórico sobre al eficiencia de la caldera.

 FIG. 9: Efecto del porcentaje de aire teórico en la eficiencia de la caldera

En la gráfica se observa que entre el 100 y 120% de aire se obtienen los valores máximos de eficiencia caracterizándose por ser una zona con alto contenido de C0 2 y prácticamente ausencia de CO; una comprobación visual de esta condición es que la llama presenta un color dorado y los gases de escape son transparentes. Cuando los humos aparecen de color negro es un indicador de que existe insuficiencia de aire, mientras que los humos blancos revelan un exceso de aire.

3.6. - EFICIENCIA DE LA COMBUSTION La eficiencia de la combustión representa la cantidad de calor neto que el combustible puede entregar a los gases. La disminución de calor útil se debe por un

lado, a que en el fenómeno de la explosión se pierde algo del calor de combustión por conducción y radiación; Además existen pérdidas provenientes del quemador dadas por muchos factores, entre los que pueden mencionarse: falta de atomización , goteo carbonización del combustible en las boquillas fallas en el suministro de aire, etc. Estas pérdidas se han estimado en un 5% del poder calórico neto, y son consideradas como irreversibles.

3.7. -

EFECTOS QUE PRODUCE LA INSUFICIENCIA DE

 AIRE La experiencia ha demostrado que la mayor perdida de eficiencia en una caldera, y en general de toda la planta de poder, proviene de una combustión inadecuada en las calderas, la que es debida en gran parte a un mal manejo y control sobre los ventiladores de tiraje, los que proporcionarán aire en exceso o en cantidad insuficiente. La ecuación química (3.1) (3.2). REF. 1 explica el efecto de la insuficiencia de aire, el carbono contenido en el petróleo, puede oxidarse hasta formar dióxido de carbono, con la cantidad apropiada de aire, la oxidación completa del carbono hasta dióxido de carbono esta indicada por la ecuación: C + O2 = CO2 + 14.500 Btu

( 3.1 )

Con una cantidad insuficiente de aire, la reacción sería: C + ½ O2 = CO + 4.440 Btu

( 3.2 )

Al comparar las dos ecuaciones puede observarse que en la combustión incompleta del carbono en el combustible hay una reducción de 10.100 Btu por libra de carbono. Esto demuestra la perdida de calor útil debida a que el suministro de aire al hogar es inadecuado.

Una perdida mayor de calor se producirá si la cantidad de

aire suministrado es disminuida en tal forma que el oxígeno no alcance a oxidar al carbono hasta monóxido de carbono. Felizmente esta última condición es fácilmente reconocida, porque el carbono no quemado abandona la caldera junto con los gases, por la chimenea, como humo negro denso. El aspecto de la llama en el hogar es indicativo de la calidad de la combustión. La llama aparece de un color rojizo obscuro cuando todo el carbono no alcanza a quemarse para formar monóxido de carbono. Cuando todo el carbono se quema hasta formar monóxido de carbono la llama es de color anaranjado.

Si todo el carbono se quema hasta formar bióxido de carbono, la llama del hogar aparecerá de un color amarillo dorado, cuando la cantidad de aire sea la correcta. En estas condiciones por la chimenea saldrá una neblina de color café claro, semitransparente, que es indicativa de combustión correcta, se le llama "   punto de

humo

" y debe ser conocida por todos los operadores de calderas para obtener las

mejores condiciones de eficiencia.

3.8. - EFECTO DEL EXCESO DE AIRE La combustión completa del petróleo no asegura el logro de la condición más eficiente, se necesitan 13,52 lb. de aire para quemar en condiciones ideales cada libra de carbono hasta la formación de bióxido de carbono, dato tomado del libro Caderas industriales y marinas del Ing.A.Vargas, 1984,pp170. Bajo las condiciones reales del hogar, se hace necesario proporcionar mas de 13,52 lb. de aire para la oxidación completa de cada lb de carbono; perdidas inevitables hacen imposible la combustión perfecta y será necesario un 110 a 115% de la cantidad ideal del aire, para quemar totalmente el petróleo. Esto representa un 15% de exceso de aire. El exceso de aire se define como la cantidad extra de aire necesario sobre la cantidad ideal, para la combustión completa del petróleo en el hogar. A parte de la pequeña cantidad que se aporta para asegurar la combustión completa, el exceso de aire no cumple otra función útil en el hogar. Una vez que el carbono se ha oxidado por completo con 2,667 libras de oxígeno, el resto del aire queda inactivo. Como el exceso de aire incrementa el volumen de nitrógeno y otros gases no

combustibles que absorben el calor, en realidad reduce el calor útil que se obtiene del petróleo.

La presencia de un exceso de aire mayor que el necesario, se reconoce en el hogar por la llama blanca, opaca o brillante, según sea su cantidad. La apariencia de los gases en la chimenea también son indicativos de la proporción de exceso de aire.

Cuando los gases son incoloros o de color blanco, el

exceso de aire suministrado a la caldera es mayor que el necesario. Cuando en la chimenea aparece humo blanco (no transparente), el aire que pasa por los registros ha alcanzado tal velocidad, que arrastra al exterior partículas de petróleo que no han terminado de quemarse. Estas partículas oxidadas parcialmente, dan al humo un color blanco.

3.9. - REQUISITOS PARA UNA COMBUSTION EFICIENTE Los requisitos para obtener una combustión eficiente del combustible pueden ser resumidos básicamente en los siguientes puntos: El combustible debe ser atomizado eficientemente en el rango o alcance requerido de salida desde el quemador El suministro de aire debe ser inyectado de tal forma que se mezcle íntimamente con el combustible atomizado. El tiempo disponible para la combustión de la gotita más grande debe ser suficiente para que la combustión sea completa antes que la gotita entre en contacto con una superficie fría o por radiación.

La temperatura del hogar deberá estar relacionada con el tiempo disponible arriba indicado.

3.10. - TEMPERATURA DE LA LLAMA  La temperatura que alcanza la combustión depende de factores como: Poder calórico del combustible Exceso de aire Radiación de calor de la llama a las paredes del hogar. A continuación en la tabla 3.1 se presenta temperaturas de llama productos de la combustión de diesel nacional para porcentajes de aire entre 100 y 120%.

Tabla 3.1: Temperaturas de llama de los productos de combustión para distintos porcentajes

de

exceso de aire. ( Fuente: Tesis Escuela Politécnica Nacional, A.Vaca, 1983)

TEMPERATURAS ( °K )

% aire teórico

( °C )

Adiab.

Llama

Adiab.

Llama

100

2400

2358,6

2126,8

2085,4

105

2377,1

2283,1

2103,9

2009,9

110

2303,8

2213,2

2030,6

1940,1

115

2235,8

2148,2

1962,6

1875,1

120

2172,4

2087,7

1899,2

1814,5

IV.- DISEÑO TERMICO 4.1. - PARAMETROS DE DISEÑO Para iniciar el diseño térmico de esta caldera fueron necesarios los siguientes requerimientos industriales de la empresa MICROEMPAQUES S.A., los cuales a su vez fueron entregados por los fabricantes de las maquinas en los Estados Unidos, las cuales

serían implementadas en esta nueva planta de procesamiento de cartón

corrugado. Estos requerimientos son los siguientes: Cantidad de vapor por hora ( flujo másico ) : 1.543 lb vapor / hora = 700 Kg vapor / hora

Presión máxima de operación : 125 Psi = 8,78 Kg/cm2 Para el diseño térmico de esta caldera se tomará el procedimiento de cálculo para intercambiadores de calor del libro de DONALD KERN.

4.2. - CALCULO DE LA POTENCIA DE LA CALDERA  La potencia en HP de caldera, tal como fue establecida en 1889 por la ASME, estaba basada en una máquina de vapor que empleaba 13,62 kg de vapor por HP hora a una presión relativa de 4,9 kg/cm 2 y con agua de alimentación a 38,5 oC. Esto corresponde a la vaporización de 15,66 kg de agua por hora a 100 oC, lo cual significa

la conversión de 15,66 kg de agua por hora a 100 oC en vapor seco a 100oC, a la presión atmosférica normal ( 1,033 kg/cm2 ). En estas condiciones cada kg. de vapor producido requiere la entalpia de vaporización a la presión atmosférica normal, la cual vale 543,4 Kcal. Por consiguiente la capacidad de una caldera podrá expresarse de la siguiente manera: REF. 2 ( h - hf  ) HPCALDERA =

( 4.1 ) 543,4 x 15,66

= Flujo másico de vapor producido por la caldera (Kg./h) h

=

Entalpia del vapor en condiciones de salida (Kcal/Kg.)

hf  =

Entalpía del agua en condiciones de entrada (Kcal/Kg.)

Entonces : =

700 Kg./h

h =

666,93 Kcal/Kg. ( vapor saturado y seco a 8,78 Kg/cm 2 )

hf  =

70,49 Kcal/Kg.

( líquido comprimido a 8,78 Kg/cm 2 y 70 oC )

Para optimizar el consumo de combustible toda caldera debería alimentarse con agua caliente, así nos indica el Ing. Angel Vargas autor del libro “ Calderas Industriales y Marinas “ siendo una temperatura promedio la de 70

º

C, con este valor

sería más fácil alcanzar una temperatura de ebullición del agua y a la presión de trabajo que estuviere operando la caldera.

700 ( 666,93 - 70,49 ) HPCALDERA =

( 4.2 ) 543,4 x 15,66

HPCALDERA = 49,06 BHP.

4.3.

-

PLANTEAMIENTO

Y

SELECCION

DE

 ALTERNATIVAS 4.3.1. - ALTERNATIVAS POR LA POSICION RELATIVA DE LOS GASES Y DEL AGUA 4.3.1.1. - Alternativa 1: Caldera pirotubular En este tipo de calderas los gases de la combustión viajan por el interior del tubo y el agua se encuentra rodeando a los tubos de fuego.

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Se construyen en tamaños pequeños y

Tiene limitaciones para altas presiones

medianos

Tienen limitación para grandes demandas de

Buena producción de vapor

vapor

Vida útil considerable Costo relativamente bajo Son portátiles Menor tiempo de construcción

4.3.1.2. - Alternativa 2: Caldera acuotubular En este tipo de calderas el agua circula por el interior de los tubos mientras que los gases calientes de la combustión rodean a los tubos.

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Trabajan a grandes presiones

Para su instalación necesitan una área extensa

Tienen excelente rendimiento Posibilidad de instalar equipos obtener vapor de mejor calidad sobrecalentadores )

para (

Mayor tiempo para su construcción Costo elevado Mayor consumo de combustible

4.3.2. - ALTERNATIVAS POR LA POSICION DE LOS TUBOS

4.3.2.1. - Alternativa 3: Caldera pirotubular vertical

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Tienen una producción de vapor regular

Transferencia de calor regular por ser de un solo

Construcción rápida

paso

Fácil mantenimiento

Cámara de combustión pequeña

Costo relativamente bajo

Cámara de vapor relativamente pequeña

Ocupa un área reducida para su instalación

4.3.2.2. - Alternativa 4: Caldera pirotubular horizontal VENTAJAS

DESVENTAJAS

Buena producción de vapor

Mayor cantidad de accesorios

Buena transferencia de calor

Costo relativamente elevado

Fácil mantenimiento

Mayor complejidad en su construcción

Variedad de tamaños y diseños Tiempo de construcción reducido

4.4. - SELECCION DE ALTERNATIVAS Para realizar una selección de la caldera mas adecuada que cumpla con las

características que la empresa MICROOEMPAQUES S.A. necesita se ha utilizado el método de ordenamiento y ponderación de factores, con una escala de calificación de 1 a 10.

4.4.1. - POR LA POSICION RELATIVA DE LOS GASES Y DEL AGUA Alternativa 1 : Caldera pirotubular

Alternativa 2 : Caldera acuotubular

CARACTERISTICA

VALOR IDEAL

ALT.1

ALT.2

Rendimiento térmico

10

8

9

Seguridad

10

9

8

Durabilidad

8

8

7

Costo

8

6

4

Facilidad Mantenimiento

6

5

4

Facilidad operación

6

5

3

Facilidad instalación

6

5

3

TOTAL

54

46

38

PORCENTAJE

100 %

4.4.2. - POR LA POSICION DE LOS TUBOS

85,18%

70,37%

Alternativa 3 : Caldera vertical  Alternativa 4 : Caldera horizontal  CARACTERISTICA

VALOR IDEAL

ALT.1

ALT.2

Transferencia de calor

10

7

9

Producción de vapor

8

6

7

Costo

8

7

6

Facilidad de limpieza

8

6

7

Facilidad de reposición de tubos

6

4

5

Facilidad unión con espejos

6

3

5

TOTAL

46

33

39

100 %

71,7 %

84, 7 %

PORCENTAJE

4.4.3. - SELECCION DE ALTERNATIVAS ESCOGIDAS El tipo de caldera que se diseñará y se fabricará para la producción de vapor es una caldera pirotubular de tres pasos (4.4.1 : 85.18 % ) , y con la posición de los tubos horizontales ( 4.4.2 : 84,7 % ) . La alternativa global seleccionada ofrece facilidad de transporte y ubicación del equipo en el espacio destinado, además por la facilidad de manejo y rapidez en la instalación de las líneas de combustible se utilizará Diesel # 2.

4.4.4. - EQUIVALANCIA CALDERA YORK SHIPLEY.

El valor obtenido en el cálculo de la potencia de la caldera de 49,06 BHP no consta como un valor establecido o normalizado a nivel internacional por los fabricantes de calderas, por lo que recurrimos al manual guía de YORK SHIPLEY REF.3

y elegimos el valor más cercano al resultado obtenido, de preferencia se

tomará por seguridad un valor superior, siendo este valor el de 50 BHP ( 490 Kw ).

4.4.5. - ESQUEMA.

 Fig.10.- Esquema general de una caldera pirotubular horizontal.

4.4.6. - DATOS PRINCIPALES DE YORK SHIPLEY.

4.4.7. - RESUMEN DE DATOS PRINCIPALES DE YORK SHIPLEY PARA UNA CALDERA DE 50 BHP

SERIE

542

Apox. Boiler HP ( KW )

50

490

1.725

784

2.092

527,1

Area Calentamiento Pie2 ( m2 )

250

23,23

Cap.Válvula Seg. Min. Lbs/h ( Kg/h )

2.000

909

Peso seco Lbs ( Kg )

4.640

1.841

Peso húmedo Lbs ( Kg )

7.840

3.400

Capacidad de agua Gal. ( Lt )

342

1.294

Vapor Lb / h

( Kg / h )

M.BTU ( 1000 Kcal ) salida por hora

DATOS DEL QUEMADOR

Consumo de combustible GPH ( LPH )

15

56,78

Motor bomba comb. Hp ( Kw )

¼

0,186

1 – 1 ½

0,746 – 1,12

Motor ventilador Hp ( Kw ) Ventilador tiro forzado CFM ( CMM )

500

14,16

4.4.8.- PARAMETROS DE OPERACION 4.4.8.1.- Parámetros para el agua en condiciones estables La temperatura de operación mínima recomendada para el agua de alimentación a las calderas es 70°C , cuando se utiliza agua a temperaturas menores se producen choques térmicos y se fatiga prematuramente al material , acortando la vida útil de la caldera .

Para determinar la temperatura de salida del agua en esta caso sería la del vapor de agua , recurrimos a una tabla de propiedades termodinámicas del mismo , conociendo como dato la presión de salida máxima que tendrá la caldera que son 125 psi , obtenemos interpolando entre los valores de 120 y 130 psi , dando como resultado un valor de 173°C. ( ANEXO 1 )

Conocemos también como requerimiento base para el diseño la cantidad de vapor que esta empresa necesita para su proceso de producción que son 700 Kg de vapor por hora , obteniendo el siguiente cuadro de datos :

Tabla 4: Parámetros para el agua en condiciones estables.

Temperatura entrada agua

158°F

70°C

Temperatura salida agua

343,4°F

173°C

Flujo másico de agua

1543,5 lb/h

700 Kg/h

4.4.8.2.- Caudal de gases Para conocer el caudal total de gases generados dentro de la caldera aplicamos la ecuación general ( 4.3 ) REF. 4

Caudal de gases = Caudal de aire + caudal combustible

Caudal de combustible :

( 4.3 )

comb

Tomamos como dato obtenido del texto “Calderas Industriales y Marinas” del

Ing.A.Vargas Z. , la cantidad de combustible en galones por hora que se consume por cada Caballo Caldera . REF. 5

1 BHP

0,295 gal/h

50 BHP

14,75 gal/h

Entonces :

o

Densidad del diesel = 33,7 API

REF. 6

Las densidades específicas y las densidades API se relacionan entre sí mediante la ecuación ( 4.4 ).

REF. 7

141,5 Peso especifico =

( 4.4

) 131,5 + oAPI 141,5 Peso especifico =

= 0,856 131,5 + 33,7

El peso específico o gravedad específica ( SG ) de un líquido es la relación de su densidad ( normalizada

) a cierta temperatura , con respecto a la del agua a una temperatura Ec ( 4.5 ) . Como la presión tiene un efecto insignificante sobre la

densidad de los líquidos , la temperatura es la única variable que debe ser tenida en cuenta al sentar las bases para la gravedad específica.

Densidad sustancia SG =

( 4.5 ) Densidad agua a 60oF

Densidad de sustancia 0,856 = 1 gr/cc

Densidad de la sustancia = 0,856 gr/cc

Transformamos el caudal de combustible que originalmente se encontraba en galones por hora a Kilogramos por segundo.

REF. 5

= 14,75 gal/h x 3785 cc/gal = 55828,75 cc/h x 0,856 gr/cc =

47789,41 gr/h

=

47,8 Kg./h

Caudal de aire:

La cantidad de aire requerido para quemar el combustible y los productos resultantes de la combustión pueden ser obtenidos de la siguiente tabla extraída del libro “ Calderas Industriales y Marinas del Ing.A.Vargas Z.:

Tabla 5: Cantidad de aire requerido para quemar el combustible

ELEMENTO EN EL COMBUSTIBLE

Lb AIRE / Lb ELEMENTO

CARBONO

C

11,5

HIDROGENO

H

34,2

AZUFRE

S

4,31

Tabla 6: Composición porcentual de diesel # 2

ELEMENTO EN EL DIESEL # 2

PORCENTAJE %

CARBONO

C

86,3

HIDROGENO

H

12,3

AZUFRE

S

1,5

Entonces la cantidad de aire requerida por libra de combustible será igual a : 0,863 x 11,5 + 0,123 x 34,2 + 0,015 x 4,3 = 14,20 Lb aire.

Conocemos que 1 BHP consume 0,295 galones de combustible , lo que para esta caldera de 50 BHP consumiría 14,75 galones de diesel # 2 , el peso promedio de un galón es de 7,6 Lb medido experimentalmente , por lo que tendríamos un peso total de 112,1 Lb de combustible. Entonces se tendría : 112,1 Lb combustible x 14,20 Lb aire = 1591,9 Lb aire

Transformamos esta 1591,9 Lb de aire a pies cúbicos dividiendo para 0,08071 lbs. que tiene un pie cúbico , así tenemos un valor de 19722,71 pies cúbicos en una hora , pero el valor que necesitamos conocer será en minutos por lo dividimos para 60 min. Obteniendo un valor de 328,71 pies cúbicos por minuto ( CFM ). Esto es el valor mínimo que será considerado a nivel del mar por lo que para una altura superior a 2.800 metros S.N.M. se considera y 30% y con un aire de exceso

del 15% explicado en él capitulo III , tendríamos un volumen de aire de 443,76 CFM. , comparando con la tabla de datos de YORK SHIPLEY podemos observar que se recomienda utilzar 500 CFM para esta cantidad de BHP , por lo que adoptamos este valor para el siguiente cálculo.

V = 500 CFM ( pie3 /min ) V = 0,236 m3 /s Es una practica muy usada unificar el fluido de referencia ( agua a 15,6 o C ), para establecer los pesos específicos de los fluidos que participan en el diseño . La ecuación de los gases ideales Ec. ( 4.5 ) nos ayudará a encontrar el caudal de aire que ingresa : REF 9 pV

=

RT

De donde: p

V

= presión absoluta =

volumen de aire

= masa de aire total R

= constante ( 0,287 KJ/Kg oK )

T

= temperatura liquido de referencia ( agua a 15.6 OC , 288 O K )

Entonces: p = 32,22 cm agua ( 0,45 psi , SEVERNS W.H.) p = 1.000 Kg/m2 x 9,8 m/s2 x 0,3222 m

( 4.5 )

p = 3.158 Pa pabs = pman + patm

(

4.6 ) pabs = 3.158 Pa + 73.000 Pa pabs = 76.158 Pa pabs =

76,16 Kpa

De donde: pabs = Presión absoluta pman = Presión manométrica patm = Presión atmosférica Despejando m de la formula ( 4.5 ) obtenemos: p

V

=

(

4.7 ) RT

( 76,16 KPa ) ( 0,236 m 3 /s ) =

( 0,287 KJ/Kg.oK ) ( 288 oK ) = 0,2174 Kg./s =

783 Kg./h

Caudal de gases = Caudal de combustible + Caudal de aire * Caudal de gases = 47,8 Kg./h + 783 Kg./h

( 4.8 )

* Caudal de gases = 830,8 Kg./h = 830,8 Kg / h

gas

Resumen: Temperatura entrada gases Caudal de gases =

= 1.940oC = 3524oF

TABLA 3

831 Kg./h = 1.833 Lb/h

Parámetros complementarios Según VARGAS A. : REF.10 se entiende por caballo caldera , la producción de 15,65 Kg/h de vapor saturado a 100

o

C , utilizando agua de alimentación a la

misma temperatura. La equivalencia del caballo caldera es:

1 BHP

= 33.472 BTU/h

50 BHP = 1'673.600 BTU/h

La cantidad de energía que entregan los gases de combustión será igual a la cantidad de energía que entrega el agua y será igual a la cantidad de energía por cada caballo caldera. REF. 11

(

Qgas = Qagua = BHPcaldera

4.9 )

De donde: Qgas

=

Energía de los gases de combustión

Qagua

=

Energía que entrega el agua

BHPcaldera = Energía producida por Caballo caldera

* Energía de los gases de combustión:

Qgas =

gas Cpgas (

Te - Ts )

De donde:

gas

Cpgas

= Caudal de gases = 1.833 lb/h = Calor específico del gas = 0.320 BTU/lb.oF

Te =

Temperatura de entrada de los gases = 3.524 o F

Ts =

Temperatura de salida de los gases

( 4.10 )

Para obtener el valor del Cp gas

, tomamos como temperaturas bases los

siguientes valores , 1.940ºC a la entrada y 300 ºC a la salida dándonos como resultado un promedio de 1.120ºC , con este valor consultamos la tabla de las propiedades de los gases de combustión tomado de la Tesis de la ESPE del Ing. W.Ramirez.T. e interpolamos con estos valores, obteniendo el valor de 0,320 Btu/lb oF Entonces: Qgas = Qagua = BHPcaldera Qgas = 1'673.600 = 1.833 x 0.320 (3.524 -Ts )

( 4.11 )

Despejando de la fórmula ( 4.11 ) obtenemos la temperatura de salida de los gases Ts, que es igual a: o

o

Ts = 689 F = 365 C

4.4.9.-

SUPOSICIÓN DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE

CALOR UD Para el prediseño térmico es necesario suponer en primera instancia un coeficiente total de transferencia de calor .

En el libro de Procesos de transferencia de calor de DONALD KERN se presenta la siguiente información que nos ayudará en este diseño:

FLUIDO CALIENTE

FLUIDO FRIO

UD ( BTU/h.pie2°F )

Gases

Agua

2 – 50

Vapor de agua

Sustancia Orgánica pesada

6 - 60

En el caso de una caldera el intercambio de calor se da entre los gases de la combustión y el agua , por lo escogemos el parámetro Gases - Agua en el rango de 2 50 Como suposición inicial elegimos un valor intermedio, basado en recomendaciones anteriores , el cual nos dará la pauta para empezar este diseño . Suponemos entonces: 2o

UD = 25 BTU/h.pie F

4.4.10.- DIFERENCIA VERDADERA DE TEMPERATURA La diferencia de temperatura verdadera o efectiva para ser utilizada en cualquier tipo de intercambiador de calor , se expresa de la siguiente manera: = FT . MLDT

De donde: MLDT :

Media logarítmica de la diferencia de temperaturas

FT

Factor adimensional de diferencia de temperatura

:

( 4.12 )

Aun cuando dos fluidos puedan transferir calor en un aparato de tubos concéntricos ya sea en contracorriente o flujo paralelo , la dirección relativa de los dos fluidos influye en el valor de la diferencia de temperatura. Este punto no podrá ser suficientemente puntualizado . Cualquier trayectoria de flujos formados por dos fluidos debe identificarse con sus diferencias de temperaturas: REF.12

Te = Temperatura de entrada de los gases = 1.940 o C Tf  = Temperatura de salida de los gases

= 365 o C

Ti = Temperatura del agua = 173 o C Ti1 , Ti2 = Temperatura intermedia de los gases

Tmax - Tmin MLDT =

(

4.13 ) Tmax

ln

Tmin De donde: Tmax : Diferencia de temperatura en la terminal caliente Tmin : Diferencia de temperatura en la terminal fría Tmax = Te - Ti Tmax = 1.940 - 173 = 1.767 °C Tmin = Tf  - Ti Tmin =

365 - 173

= 192 °C

Entonces: 1.767 - 192 MLDT = 1.767 ln 192

MLDT

=

o

711 C ( 1312 °F )

4.4.11.- CALCULO DE LA SUPERFICIE DE CALENTAMIENTO La ecuación de Fourier que considera los depósitos de lodos y suciedades en los tubos es: Q =

UD . A . MLTD

( 4.14 )

De donde: Q A =

( 4.15 ) UD . MLTD 1'673.600 BTU/h

A=

25 BTU/h.oF.pie2 x 1312oF

2

A = 51,94 pie

4.4.12.- SELECCION Y ARREGLO DE TUBOS Los tubos de fuego según el libro de CALDERAS de CARL SHIELD , son regularmente de 2” a 4” de diámetro y frecuentemente se aumenta el diámetro en 1”

por cada 1,22 m de aumento en la longitud de los tubos. Esta relación es variable . Las calderas portátiles con chimeneas cortas , requieren diámetros grandes en los tubos ; las que van dotadas de ventiladores de tiro , pueden llevar tubos de fuego de menor diámetro. REF.13

Para determinar la longitud de los tubos nos basamos en el manual guía de DONLEE TECHNOLOGIES inc. , observando las medidas principales que tenemos en estos gráficos . ANEXO 8 esta medida por lo tanto es igual a 2,25 m. Utilizaremos tubería de acero sin costura para calderas ASTM A192 ( Fig.11 ), ya que esta es la única tubería disponible en el mercado nacional , tiene superficies bastantes lisas y excelentes propiedades de transferencia de calor.

 Fig.11.- Tubería para calderas ASTM A192 de ø 2”

La disposición de los tubos de fuego se lo ha realizado en forma triangular (Fig.12 ) puesto que se desarrollan coeficientes de transferencia de calor superiores en el lado de la coraza y por lo tanto en el agua. De acuerdo a ASME PG-53 , el paso entre tubos ( PT) no debe ser menor que 1.00 veces el diámetro exterior del tubo.

 Fig.12.- Arreglo triangular de los tubos, según ASME PG-53

4.4.13.- NÚMERO DE TUBOS A = Superficie de calentamiento L = Longitud de los tubos ( pie/tubo ) DE .

= Superficie ( exterior ) por pie lineal ( pie2 /pie ) A

N=

( 4.15 ) L ( DE . ) 52 pie2

N = 7,38 pie ( 2 / 12 . ) N = 13,45 tubos. N corregidos =

14 tubos.

4.4.14.- CORRECCIÓN DE PARÁMETROS Area de transferencia de calor: Acorregida = Ncorregidos x L x ( DE . ) = 14 x 7,38 x 0,5236 Acorregida = 54,09 pies2

Coeficiente total de transferencia de calor:

UDcorregida = Q / ( Acorregida . MLDT ) = 1´673.600 / ( 54,09 x 1.312 ) UDcorregida = 23,42 BTU/h.oF.pie2

4.4.15.-

COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR

CALCULADO. UC Para calcular el coeficiente total de transferencia de calor referido a la superficie externa del tubo o coeficiente total limpio ( Uc ) , podemos utilizar la ecuación ( 4.16 ) REF.15

1 Uc =

( 4.16 ) 1

DE +

ho

DE ln

2 ktubo

1 +

DI

hio

4.4.15.1.- Tubos : Fluido caliente ( Gases de combustión )

* Propiedades de los gases:

ANEXO 2

Temperatura promedio = 1.153oC = 2.107oF kt = 0,05033 BTU/h.pie.oF ct = 0,3238 BTU/lb.oF t

= 0,04898 Cpoises

t

= 0,04898 x 2,42 = 0,1185 lb/pie.h

Para el cálculo de los siguientes parámetros utilizaremos el procedimiento utilizado por Donald Kern. *

Area de flujo: ( at )

Ntubos x aunitaria at =

( 4.17 ) N pasos 14 x 1,9052

at = 4 2 2

at = 17,10 pulg = 0,1187 pie *

2

Masa-Velocidad : ( Gt )

Flujo másico de gases Gt =

( 4.18 ) Area de flujo 1.833 lb/h

Gt = 0,1187 pie2 Gt =

15.442 lb/h.pie

2

*

Número de Reynolds: ( Ret )

DI x Gt Ret =

(4.19 ) t

( 1,905 / 12 ) (15.442 lb/h.pie 2 ) Ret = 0,1185 lb/h.pie Ret = 20.687

*

Número de Prandtl: ( Prt )

ct x

t

Prt =

( 4.20 ) kt 0,3238 x 0,1185

Prt = 0,05033 Prt = 0,7623

*

Número de Nusselt : Nut

Se debe aclarar que las tuberías como la utilizada en la coraza son mas rugosas que los tubos y producen mas turbulencia para los mismos números de Reynolds. Los números de Nusselt calculados de correlaciones para tubos son menores y mas seguros que los cálculos correspondientes basados en datos de tuberías. La ecuación ( 4.21 ) se utiliza para tubos lisos. Nut = 0,027 Ret0,8 Prt1/3

Nut = 0,027 ( 20.678 ) 0,8 ( 0,7623 )1/3 Nut = 69,92 .

( 4.21 )

t

t

t

Coeficiente de transferencia de calor interior. ( h i )

hi x DI Nut =

( 4.22 ) kt hi x 0,185

69,92

t

= 0,05033

hi = 19,02 BTU/h.oF.pie2

( 4.23 )

t

Coeficiente de transferencia de calor interior referido a la superficie exterior del tubo ( hio ).

DI hio = hi

( 4.24

) DE hio

=

hi

DI

t

DE

( 4.25

) t

hi = 19,02 BTU/h.oF.pie2 t

hio /  t = 19,02 x ( 1,905 / 2 ) hio /  t = 18,11 BTU/h.oF.pie2 t

= (

t  /  wt )

De donde : Propiedades de los gases t

= 0,04898 Cpoises

wt t

= 0,04884 Cpoises

= ( 0,04898 / 0,04884 ) = 1,002

Entonces

t

1

Por lo tanto: o

hio = 18,11 BTU/h. F.pie

2

4.4.15.2.- Coraza : Fluido frío ( Agua ) *

Propiedades del agua

[ ANEXO 3,4,5 ]

A : temperatura promedio = 173 oC = 343,4oF ks = 0,477 BTU/h.oF.pie cs = 1,1 BTU/lb.oF s

= 0,1 Cpoises

s

= 0,1 x 2,42 = 0,242 lb/pie.h

Según el Manual del Ingeniero Mecánico de MARKS , en el caso de calderas el flujo es laminar ya que la convección es libre y el agua esta en estado de ebullición , para lo cual tendremos los siguientes factores: REF.18 q = 230.000 BTU/h.pie.oF a

T = 882oF

4.27 ) A

T = Temperatura de pared - Temperatura del agua.

1.940 + 365 + 173 2

(

T =

- 173

( 4.28 )

2 o

T = 882 F

q 4.29 )

230.000

ho =

=

A T

( 882

ho = 261 BTU/h.pie2.oF

1 Uc =

1

DE +

261

Características del tubo

DE ln

2 ktubo

1 +

DI

18,11

:

ktubo = 21 BTU/h.pie2.oF T tubo = 631oC = 1.167oF Uc = 16,87 BTU/h.pie2.oF Podemos observar que el valor del UD = 25 BTU/h.pie2.°F y el valor del UC = 2

16,87 BTU/h.pie .°F , no son iguales , por lo que necesario realizar otras suposiciones

hasta conseguir una igualdad entre estos dos factores.

4.4.16.- SEGUNDA SUPOSICIÓN Después de realizar este cálculo un cierto número veces hasta lograr aproximarnos a una igualdad entre estos dos factores podemos entonces suponer el siguiente factor UD : Entonces suponemos Ud = 5,1 BTU/h.pie2oF.

4.4.17.- CALCULO DE LA SUPERFICIE DE CALENTAMIENTO Q = UD . A . MLTD Q A= UD . MLTD 1'673.600 BTU/h A =

A

5,1 BTU/h.oF.pie2 x 1.312oF

4.4.18.- NÚMERO DE TUBOS A N=

L ( DE . )

250 pie2 N = 7,38 pie ( 2 / 12 . )

=

2

250.11 pie

N = 64,60 tubos.

Por razones de espacio en los espejos y para realizar una distribución simétrica escogemos N = 60 tubos.

Fig.13: Distribución de los tubos en los espejos. D = 1220 mm

4.4.19.- CORRECCIÓN DE PARÁMETROS Realizaremos los cálculos siguiendo el modelo establecido por Donald Kern pero esta vez lo haremos para el valor de 60 tubos.

Acorregida = 275,32 pies

2

o

2

UDcorregida = 4,63 BTU/h. F.pie

4.4.20.- COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR

CALCULADO. UC 1 Uc =

1

DE +

DE

1

ln

ho

2 ktubo

+ DI

hio

Lado Tubos : Gases Propiedades

Temperatura promedio = 1.153oC = 2.107oF kt = 0,05033 BTU/h.pie.oF ct = 0,3238 BTU/lb.oF t

= 0,04898 Cpoises

t

= 0,04898 x 2,42 = 0,1185 lb/pie.h

Area de flujo: ( a t )

at =

Ntubos x aunitaria N pasos 60 x 1,9052 x

at =

4x2 2

at = 85,50 pulg = 0,593 pie

2

Masa-Velocidad : ( Gt )

Flujo másico de gases Gt = Area de flujo

1.833 lb/h Gt = 0,593 pie2 Gt = 3.091 lb/h.pie 2

Número de Reynolds: ( Re t )

DI x Gt Ret = t

( 1,905 / 12 pie ) ( 3.091 lb/h.pie 2 ) Ret = 0,1185 lb/h.pie

Ret = 4.140

Número de Prandtl: ( Pr t )

ct x

Prt =

t

kt 0,3238 x 0,1185

Prt =

0,05033

Prt = 0,7623

Número de Nusselt : Nu t

Nut = 0,027 Ret0,8 Prt1/3 Ýt Nut = 0,027 ( 4.140 )0,8 ( 0,7623 )1/3 Nut = 19,30

t

t

Coeficiente de transferencia de calor interior. ( h i )

hi x DI

Nut =

19,30 hi t

kt

t

=

hi x 0,185 0,05033

= 5,25 BTU/h.oF.pie2

Coeficiente de transferencia de calor interior referido a la exterior del tubo( h io ) DI hio = hi

hio

=

t

DE hi

DI t

DE

1

t

hio = 5 BTU/h.oF.pie2

Lado Coraza : Agua

Propiedades del agua : Agua temperatura promedio = 173oC = 343,4oF ks = 0,477 BTU/h.oF.pie cs = 1,1 BTU/lb.oF s

= 0,1 Cpoises

s

= 0,1 x 2,42 = 0,242 lb/pie.h

Para flujo laminar :

q = 230.000 BTU/h.pie.oF a T = 882oF A T = Temperatura de pared - Temperatura del agua.

superficie

1.940 + 365 + 173 2 T=

- 173 2 o

T = 882 F

ho =

q =

230.000

A T

882

2O

ho = 260 BTU/h.pie . F 1 Uc =

1 + 260

DE ln 2 ktubo

DE + DI

1 5

2.o

Uc = 4,90 BTU/h.pie F

Observamos que el valor de 4,90 BTU/h.pie 2.oF ,es aproximadamente igual al segundo valor escogido de 5,1 BTU/h.pie 2.oF , entonces finalmente podemos aceptar estos valores como los adecuados para el diseño de nuestra caldera. Qconv = Uc x A x MLDT Qconv = 4,90 x 275,32 x 1.312 = 1'769.977 BTU/h

La cantidad de energía total que entregan 50BHP son 1´673.600 BTU/h , y la cantidad de energía calculada por convección Q conv = 1´769.977 BTU/h , según

W.H.SEVERNS , nos indica que la potencia nominal “ no “ expresa las limitaciones de capacidad de las calderas de hoy día, ya que la mayoría de las calderas pueden desarrollar del 400 al 600% de su potencia nominal y algunas de ellas trabajan durante largos periodos al 300% . El rendimiento de las calderas puede diminuir cuando desarrollan mas de su potencia nominal ; esta disminución de rendimiento no suele ser apreciable hasta que la caldera desarrolla el 200% o mas de su potencia normal , y es debida a la inaptitud de la caldera a absorber el calor adicional liberado por el fuego en estas condiciones de trabajo. REF.20

4.4.21.- CALCULO DEL DIAMETRO DEL HOGAR Para el cálculo del diámetro mínimo del hogar tomaremos como guía el procedimiento utilizado en el texto de GUNN D. y HORTON R. REF.21 . Datos:

Calor latente del vapor a 125 psi = 2.036 KJ/Kg. Temperatura de saturación = 173oC Calor sensible a 173oC = 734 KJ/Kg. Temperatura de agua alimentación = 70oC Calor sensible a 70oC = 289 KJ/Kg.

4.4.21.1.- Calor sensible a ser añadido: Qa = Calor sensible a 173oC - calor sensible a 60oC ( 3.30 ) Qa = 734 KJ/Kg. - 289 KJ/Kg.

Qa = 445 KJ/Kg.

4.4.21.2.- Calor total requerido: Qt = Calor sensible añadido + calor latente Qt = 445 KJ/Kg. + 2.036 KJ/Kg. Qt = 2.481 KJ/Kg.

4.4.21.3.- Cantidad de vapor: Cv = Producción de vapor/hora x Calor total ( 4.31 ) Cv = 700 Kg./h x 2.481 KJ/Kg.

6

Cv = 1,74 x 10 KJ/h

1,74 x 106

Cv =

= 2,09 x 106 KJ/h 0,83

( 4.32 )

2,09 x 106 KJ/Kg. = 0,59 MW.

Con este valor nos trasladamos a la figura ( 13 ) y determinamos el valor mínimo del diámetro para el hogar de la caldera , utilizando como datos la cantidad de vapor en MW ( 0,59 MW ) , en el eje “X” , proyectándonos hacia el eje “Y” con

intersección en la línea ( aceite , gas o combustible pulverizado ) teniendo finalmente un valor aproximado de 350 mm.

 Fig.13.-

Dimensión

mínima

del

hogar.(Fuente>INDUSTRIAL

 Norton,1989,pp 238)

4.4.22.- RESUMEN DEL DISEÑO TERMICO o

2

Coeficiente de trasferencia de calor = 4,90 Btu/h Fpie 2

Superficie de calentamiento = 275,32 pie

BOILER,D

Gunn-R

º

 MLTD = 1.312 F  Número de tubos = 60 tubos  Número de Reynolds ( Ret ) = 4.140  Número de Prandtl  ( Prt ) = 0,7623  Número de Nusselt ( Nut ) = 19,30 Cantidad de energía entregada = 1´769.977 Btu/h  Diámetro mínimo del hogar = 350 mm  Flujo másico = 1.543 lb vapor / hora  Presión máxima de operación = 125 psi  Hp caldera = 49,06 BHP o

Temperatura entrada agua = 70 C Volumen de aire = 500 CFM o

Temperatura salida gases = 365 C

 V.- DISEÑO MECANICO Para el diseño mecánico de la caldera se utilizarán las recomendaciones del código ASME (   American Society of Mechanical Engineers ) . Por tratarse de un recipiente sometido a presión por el lado de agua , se aplicarán especialmente las sugerencias de la sección VIII , división 1 de este código , Boiler and Pressure Vessel Code, y del Manual de Recipientes a Presión de Eugene F.Megyesy. Las juntas por soldadura que se aplicarán durante todo el proceso de construcción se seleccionan del mismo código ASME , párrafo UW-12 ,y estan detallados en los planos anexos.

Para la construcción se han desarrollado ciertas

prácticas estándares que han demostrado tener ventajas en el diseño y en la fabricación de los recipientes sujetos a presión, esta especificación comprende dichas prácticas que se han convertido en las de mas aceptación y ejecución.

Los

estándares

mencionados son en parte referencias a alternativas seleccionadas que permiten las normas ASME y en parte describen los métodos de diseño y construcción que no cubren estas normas.

5.1.- SELECCIÓN DE MATERIALES La especificación de materiales que se utilizará es la utilizada en el código ASME para recipientes a presión . Para la construcción en si se emplearán materiales que se puedan encontrar en el mercado nacional , con características similares a los materiales utilizados en la construcción de calderas . El hogar o tubo central serán construidos en tubería comercial de acero al carbono.

Todas las láminas que se utilizaran para fabricar las tapas , la chimenea , la base y demás partes complementarias también serán construidas en acero al carbono. Los tubos de fuego que llevará la caldera serán exclusivamente del material establecido por el código ( SA-106-B ) , para nuestro caso se utilizarán tubos disponibles localmente y cuyo equivalente es tubo para caldera ASTM A-192 . La lámina recomendada por el código para la construcción del casco y de los espejos de la caldera es ( SA-285 C ) , por no existir esta lámina a nivel local y nacional se ha tomado la decisión de construir estas partes en una lámina que cumpla con algunas características técnicas similares a la recomendada llamada plancha naval ( ASTM A36 - C ) , con la siguiente composición química: Tabla 7: Propiedades de la placa SA-285 C . Tomados normas ASME, secciones II y VIII.

PROPIEDADES DE LA PLACA SA-285 C Composición Nominal C

Especificación Número

Grado

SA-515

60

Resistencia tensión. 1000 lb/pulg

a

la Punto de cedencia 1000 lb/pulg2

2

60.0

32.0

APLICACIONES

Construcción de calderas para servicio estacionario y otros recipientes a presión.

Tabla 8: Propiedades de la placa ASTM  – A36- C . Tomados del Manual del Ing. Mecánico

PROPIEDADES DE LA PLACA ASTM A36-C Composición Nominal C

Especificación Número

Grado

A36

C

Resistencia tensión. 1000 lb/pulg2 58.0

a

la Punto de cedencia 1000 lb/pulg2 36.0

MARKS.

APLICACIONES

Construcción de puentes , edificios y recipientes a presión.

5.2.- CONDICIONES DE DISEÑO MECANICO La presión y temperatura de diseño de una caldera para generar vapor deben ser especificadas para las condiciones mas severas de operación a las que podría someterse, con esto garantizaremos un trabajo seguro y confiable de esta máquina térmica, complementada con los equipos mas modernos de seguridad y alarma. A fin de simplificar el diseño mecánico , se han seleccionado temperaturas de diseño globales para los componentes , dependiendo de las condiciones a las cuales van ha trabajar. La presión de diseño será el valor máximo con el que operará la caldera y que ha sido preestablecida por la empresa auspiciante , en este caso este valor será de 125 PSI , realizándose la prueba hidrostática bajo los requerimientos del código ASME , Sección VIII , UG-99., que indica que debe ser 1,5 veces la presión máxima de trabajo.

5.3.- DISEÑO DE LAS PARTES SOMETIDAS A PRESION Para este diseño se han utilizado los procedimientos y fórmulas de las normas de ASME Code for Pressure Vessels, sección VIII., resumidas en la manual de recipientes a presión de Eugene Megyesy. REF.22

5.3.1.- CALCULO DEL ESPESOR DEL CASCO PR

ASME UG-27 ]

t=

( 5.1 ) SE + 0,4 P

De donde: P = Presión de diseño o presión máxima de diseño,lb/pulg 2 S = Valor del esfuerzo del material, lb/pulg 2 E = Eficiencia de la junta R = Radio exterior, pulgadas t = Espesor pared, pulgadas C.A.= Margen por corrosión, pulgadas  Datos:

P = 125 lb/pulg2 S = 12.000 lb/pulg2

ANEXO 6

E = 0,70

ANEXO 7

R = 24 pulgadas t=? C.A. = 0,125 pulgadas . Margen por corrosión . Material : SA-515-60 Los recipientes o partes de los mismos que estén sujetos a corrosión , erosión o abrasión mecánica deben tener un margen de espesor para lograr la vida deseada , aumentando convenientemente el espesor del material respecto al determinado por las fórmulas de diseño , o utilizando algún método adecuado de protección . ( Norma UG-25 b )

REF.23

125 lb/pulg2 x 24 pulg t=

2

12.000 lb/pulg x 0,70 + 0,4 x 125 lb/pulg

2

+ 0,125

( 5.2 )

t = 0,48 pulg

Entonces para la construcción del casco de la caldera utilizaremos plancha de 0,50 pulg.

de espesor , ya que este es el único espesor que se encuentra en el mercado

local.

5.3.2.- CALCULO DEL ESPESOR DEL HOGAR [ ASME UG-28 ] PR t= SE + 0,4 P De donde: P = Presión de diseño o presión máxima de diseño,lb/pulg 2 S = Valor del esfuerzo del material, lb/pulg 2 E = Eficiencia de la junta R = Radio exterior, pulgadas t = Espesor pared, pulgadas C.A. = Margen por corrosión, pulgadas.  Datos:

P = 125 lb/pulg2 S = 12.000 lb/pulg2

ANEXO 6

E = 0,70

ANEXO 7

R = 10 pulgadas t=? C.A. = 0,125 pulgadas Material : SA-515-60 125 lb/pulg2 x 10 pulg t=

2

12.000 lb/pulg x 0,70 + 0,4 x 125 lb/pulg

2

+ 0,125

t = 0,28 pulg.

Para la construcción del hogar utilizaremos la misma plancha utilizada en el casco es decir de 0,50 pulg .de espesor , esto para utilizar el material sobrante del casco y por la misma razón indicada anteriormente.

5.3.3.- ESPESOR DE LOS ESPEJOS [ ASME UG-34 ] t= d x

CP/SE

De donde : E = Eficiencia de la junta P = Presión de diseño , lb / pulg2 d = Diámetro interior del casco, pulg. S = Valor máximo del esfuerzo permitido del material , lb / pulg 2 t = Espesor mínimo requerido de la placa, pulg C = Coeficiente mínimo establecido en ASME UG-34 = 0,020

t = 48 x

0,02 x 125 / 15.000 x 0,7

t = 0,74 pulg.

Entonces utilizaremos una placa de espesor 0,75 pulg, de espesor, la cual se puede encontrar en le mercado local sin mayor dificultad.

5.3.4.- PESO TOTAL DE LA CALDERA

N°

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Nombre

Hogar Tubos de fuego Coraza Espejo Tapa posterior Cámara refractaria Coupling Coupling Coupling Coupling Chimenea Tapa frontal Manhole Handhole Base Soportes Visor Pernos Empaques Pernos Aislamiento térmico Forro metálico Distanciadores aislamiento Empaque handhole Empaque manhole

Cant.

Peso Unitario ( Kg)

Peso total ( Kg )

1 60 1 2 1 1 2 2 2 4 1 2 1 1 1 7 1 43 4 2 2 4 2 5 1

388,18 6,92 1.078,08 178,15 59,80 562,34 0,18 0,12 0,12 0,06 1,52 29,69 11,58 2,07 101,20 20,79 0,38 0,30 0,12 0,85 1,25 1,42 0,90 0,06 0,26

388,18 415,38 1 .078,08 178,15 59,80 562,34 0,36 0,24 0,24 0,24 1,52 29,69 11,58 2,07 101,20 20,79 0,38 12,90 0,50 1,70 2,50 5,70 1,80 0,30 0,26

PESO TOTAL DE PARTES

2.875,90

+ 6% De Soldadura [REF.26]

172,55

PESO TOTAL

3.048,45

Tabla 9: Peso total de las partes de la caldera.

5.3.6.- DISEÑO DE ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS Los elementos complementarios considerados para este equipo son : la chimenea para descarga de los gases, los accesorios de izaje , y el aislamiento térmico.

5.3.6.1.- Chimenea Para el cálculo de la chimenea tomaremos como dato inicial la recomendación dada por DONLEE [REF.14] , con relación al diámetro de la salida de los gases de combustión ( chimenea ) , lo cual nos facilitará el calculo de la altura mínima de la misma. Diámetro especificado : 8” ( 203,2 mm )

Para determinar la altura de la chimenea aplicaremos la fórmula ( 5.4 ) en la

cual existen relaciones empíricas dadas por la experiencia.[REF.27]. d

1 =

( 5.4 )

H

25

De donde: d = diámetro de la chimenea H = altura de la chimenea Entonces: 203,2

1 =

H

25

H = 5.080 mm.

5.3.6.2.- Accesorios para izaje Para determinar los parámetros mas importantes como medidas y espesores de los accesorios para el izaje de la caldera seguimos las recomendaciones del manual de recipientes a presión de Megyesy E.[REF.28]., que nos indica lo siguiente:

 Fig.14.- Dimensiones mínimas de las orejas para levantar.

P t= 2S ( R - D1 / 2 )

( 5.5 )

De donde: t = espesor requerido de la oreja, pulg. P = carga , lb S = esfuerzo cortante permitido, lb/pulg2  Datos:

P = 6.721 lb. neto, mas peso por equipos , accesorios y margen de seguridad + 15% PT = 7.729 lb. R = 1,5”

[ ANEXO 9 ]

D1 = 1,125” [ ANEXO 9 ] S = 12.700 [ ANEXO 6 ] 7.729 t = 2 ( 12.700 ) ( 1.5 - 0,4375 ) t =

0,29” ( 7,4 mm )

Entonces para la construcción de las orejas para izaje de la caldera usaremos una placa de 5/16”de espesor . Para calcular la longitud de la oreja aplicamos las siguientes fórmulas W 

w =

( 5.6 )

f  De donde: w = Dimensión de soldadura de filete , 3/16” W  =

Carga sobre la soldadura de filete, kilolibras por pulg.lineal de soldadura

f = Carga permitida en la soldadura , 9,6 klb por pulg2 de área Entonces: W 

= ( 0,1875 ) ( 9,6 )

W = 1,8 klb/pulg

P ( 5.7 )

W =

Aw De donde: Aw = Longitud de la soldadura P = Carga axial permitida Entonces: Aw = ( 7,729 ) / ( 1,8 ) Aw = 4,29 pulg ( 109 mm )

 VI.- CONSTRUCCION La caldera tiene que fabricarse para que satisfaga los estándares razonables de seguridad, resistencia y durabilidad necesarios. Para asegurar una operación continua y satisfactoria , todos los elementos de la unidad deben asegurarse contra desplazamiento, distorsión, flexiones y otros deterioros; y los soportes deben colocarse en tal forma , que mantengan una relación correcta entre los componentes esenciales , dentro de condiciones racionales de operación y manejo. Aquellos elementos que no estén fijos en forma permanente , deben diseñarse en tal forma , que no puedan ser

incorrectamente montados o erróneamente colocados, cuando se quitan y se vuelven a ensamblar, durante las maniobras de limpieza u otra clase de servicios. La construcción y montaje general deben ser de un acabado limpio y un trabajo bien hecho, con todas las partes componentes bien armadas y todos los tornillos o pernos u otros medios de fijación perfectamente apretados, para proporcionar la debida rigidez del conjunto. Para la fabricación de los principales elementos de la caldera se utilizan recomendaciones del código ASME PW ( Rules for construction of power Boiler ) y del manual de recipientes a presión ( Megyesy ) . Bajo estos parámetros se explicarán algunas partes importantes en el proceso de fabricación.

6.1.- FORMACION DEL CASCO Y DEL HOGAR  Luego de realizar el diseño respectivo de los espesores para el casco y el hogar , así como sus dimensiones , se procede a la compra de las planchas necesarias para la formación de esto elementos , luego se comprueba la cuadratura de la plancha midiendo las diagonales de la misma. Una vez trazadas las planchas se procede al corte de las mismas mediante el método de " OXICORTE ", luego de lo cual se revisan nuevamente las medidas para su certificación , esto nos garantizará un trabajo de rolado totalmente cilíndrico. Después de cortadas las planchas se procedió al rolado para el conformado del casco y del hogar de la caldera de acuerdo a las siguientes medidas :

MEDIDAS DEL CASCO.

- Diámetro interior =

1220 mm

- Longitud total

= 2750 mm

 Fig.15.- Medidas principales del casco.

MEDIDAS DEL HOGAR. - Diámetro exterior = - Longitud total

500 mm

= 2520 mm

 Fig.16.- Medidas principales del hogar.

6.2.- TRAZADO Y PERFORACION DE LOS ESPEJOS . [ASME UG-53] Al igual que en el paso anterior , luego de realizar el cálculo respectivo y adquirir la plancha necesaria, se procede al trazo de los espejos tanto en la medida del diámetro , medida del hogar , tensores y en la distribución de los agujeros realizada previamente y tomando en cuenta la resistencia de los puentes entre los mismos. El trabajo de maquinado de los agujeros se lo realizó en un taladro radial y con una broca de 51 mm, para la perforación se unieron los dos espejos con puntos de soldadura provisionales, de modo de asegurar una correcta alineación de los orificios; además se perforaron 4 agujeros de 1" que sirven como tensores para bloquear la fuerza ejercida en este punto del espejo.

 Fig.18.- Medidas principales para el trazo de los espejos.

6.3.- ARMADO DEL CUERPO DE LA CALDERA. [ASME PG-53] Una vez que ya se tienen conformados el casco, el hogar y los espejos, los cuales formarán el cuerpo de la caldera, se procede a su ensamblaje concéntrico mediante el proceso de soldadura por arco, cuyas recomendaciones serán descritas posteriormente. Terminado el trabajo de armado del cuerpo de la caldera se procedió a la perforación de los agujeros para las diferentes tomas de servicio,[ASME UG-46] manhole y handhole, y a la colocación de los neplos para el armado de los accesorios.

6.4.- ARMADO DE LA BASE DE LA CALDERA  Como parte complementaria de este equipo se procedió al armado de la base de acuerdo a las medidas programadas , y cuya altura esta en función de permitir un fácil acceso para cualquier tipo de mantenimiento en la parte inferior de la misma , y además evitar emposamientos ya sea de agua o de combustible, que pueden traer consecuencias posteriores para el equipo.

6.5.- COLOCACION Y AJUSTE DE LOS TUBOS DE FUEGO. [ASME FT-12] Como siguiente paso se procedió a la colocación de los tubos de fuego ( 60 tubos, Diam. 2" ) , los cuales deben estar perfectamente alineados y rectos, de lo contrario se tendrá problemas al ensamblarlos.

Se debe cortar el tubo a una longitud de modo que sobresalga 1/4" a 3/8" en cada extremo, se asienta el tubo con un expansor lo preciso para tener junta hermética con una presión hidrostática igual a 1,5 veces la presión de diseño ( 150 PSI ), o cuando menos la graduación de la válvula de seguridad. Una valiosa guía es la medición del diámetro interior del tubo , conforme avanza la rectificación o ajuste del tubo, el metal de la pared cortada tiende a fluir y separarse del interior de la placa de tubos . Se forma un borde extruido. Por ningún motivo deje

que el borde extruido o engrosamiento sobresalga mas de 1/32". El diámetro interior después de ajustar el diámetro interior que queda no debe ser mayor que el diámetro interno original del tubo mas la holgura del agujero y mas la mitad del espesor del tubo.

 Fig.19.- Dimensiones mínimas y tolerancias para el ajuste de tubos.

6.6.- RECOMENDACIONES DE SOLDADURA  Las soldaduras de los diferentes elementos se han realizado en base a las recomendaciones del código ASME ( Boiler & Pressure Vessel Code ) y del Manual de Recipientes a Presión de Megyesy E. Con este procedimiento se garantiza una muy buena unión de los elementos al utilizar uniones normalizadas, estos detalles de soldadura estan especificados en los planos anexos. En general toda la escoria o fundente que quede sobre el cordón de soldadura ha de quitarse antes de poner la siguiente capa, cualquier porosidad que aparezca en la

superficie del cordón deberá ser corregida e eliminada mediante esmerilado antes de colocar sobre este el próximo cordón de soldadura. La preparación de los extremos de las piezas a unir ( t, f , de la fig 20 ) viene dada básicamente en función del espesor de la placa ( t ) y del tipo de electrodo a utilizar.

 Fig.20.- Preparación de los extremos de las partes principales a ser unidas.

Se utilizará el proceso de soldadura de arco manual con electrodo revestido , ( SMAW ) para este caso utilizaremos como base ( raíz ) electrodos que garanticen una penetración profunda como el AWS E6010 ( D.C. ) de diámetro 1/8 ” , y un electrodo AWS E7018 ( D.C ) de diámetro 5/32” para relleno y acabado.

Para unir las partes que no estan sometidas a presión se utilizará un electrodo que garantice una buena unión con el AWS E6011 ( A.C.) de diámetro 1/8”.

6.7.- PRUEBA HIDROSTATICA. [ASME UG-99] Una caldera ya sea nueva, de segunda mano o reinstalada, se somete a una prueba hidrostática cuando se ha terminado su instalación. Cuando hay alguna duda respecto a la magnitud de un defecto encontrado en la caldera , se realizará la practica de una prueba hidrostática para determinar con mas exactitud la seriedad de la falla . La prueba hidrostática tiene por objeto la comprobación de la hermeticidad , así como el de averiguar la resistencia mínima de la unidad.

Si se prueba una caldera contra fugas , la presión hidrostática aplicada no debe ser menor que la máxima presión a la que reacciona la válvula de seguridad , pero no debe ser mayor que la de la prueba requerida para la comprobación de resistencia. La experiencia ha demostrado que un cordón de soldadura en una caldera , puede resistir una presión determinada en una prueba , para fallar posteriormente bajo una presión igual o ligeramente menor. Por otra parte , la falla es muy improbable a una presión de trabajo no mayor de las dos terceras partes de la presión de prueba , salvo que haya un punto de concentración de esfuerzos , por ejemplo una soldadura mellada o defectuosa , que sufrirá fatiga prematura como consecuencia de los esfuerzos repetidos. La prueba hidrostática puede servir para el alivio de tensiones en una proporción limitada , mejorando el factor de seguridad de las costuras de soldadura, contra golpes de ariete o esfuerzos a baja temperatura. La hermeticidad es muy importante en la construcción de calderas. Las fugas se descubren por observación, o son indicadas por la pérdida de presión en una caldera cerrada. Cuando se emplea aceite o agua para aplicar presión, habrá pocas dificultades para localizar las fugas en la parte exterior de las soldaduras hechas a tope, si estas están

limpias. Las soldaduras de los chaflanes interiores y exteriores de una junta de solapa pueden tener pequeñas fugas, en cuyo caso, el agua no será perceptible durante

muchos días o quizá semanas. Aplicando presión con aire o gas generalmente aparecerán las fugas de inmediato. Uno de los mejores métodos para comprobar la hermeticidad consiste en observar la pérdida de presión sobre un período determinado de tiempo. Si se emplea agua o aceite para la prueba , eliminando el contenido de aire o de gas de la caldera, la pérdida de presión será muy rápida, para cualquier fuga pequeña. Un manómetro ordinario es un medio satisfactorio para señalar la pérdida de presión.

6.7.1.- PROCEDIMIENTO La caldera fue preparada para su prueba, sellando todos los los orificios orificios y aberturas, mediante tapones o tapas con empaques , excepto una entrada en la que se instaló la bomba de presión manual , el único aparato que se utilizó para esta prueba fue el manómetro de la caldera y el de la bomba . Antes de conectar la bomba manual se procedió al llenado total de la caldera con agua . Luego de esto se comenzó a inyectar presión hasta llegar a 180 psi , observando que no exista deformación de los componentes , ni fugas especialmente por los tubos de fuego , una vez observado estos parámetros se mantuvo esta presión durante 48 horas seguidas , luego de lo cual se quitó la presión y se desalojó toda el agua de la caldera , dando por terminada la prueba hidrostática con resultados positivos en la construcción.

6.8.- ESTUDIO ECONOMICO

Para la ejecución del proyecto la empresa MICROEMPAQUES S.A. asignó una cantidad de USD 24,000 ( veinticuatro mil dólares americanos ) , esta inversión se justifica básicamente por la reducción en el tiempo de entrega , reducción de impuestos , y una reducción en el costo de la máquina , comparándola con una similar importada.

6.8.1.- INVERSION FIJA La caldera fue construida en su totalidad en un taller particular , por lo tanto los gastos por equipos para maquinado y armado , mano de obra para el ensamblaje , y accesorios de control y seguridad se indican detalladamente a continuación:

Cuerpo de la caldera.

 

DESCRIPCION

Casco Hogar Espejos Tubos de fuego Base Concreto refractario Tapas

SUBTOTAL 1

Equipos y accesorios complementarios

COSTO USD

612.08 234.54 199.53 1.440.00 56.56 517.04 189.67

3,249.42

 

             



DESCRIPCION

Quemador cap. 15 gph. ( CARLIN ) Compresor ( MARATHON ) Microprocesador ( HONEYWELL ) Tablero de control Manómetro 0-300 psi Presostatos ( HONEYWELL ) Válvula de seguridad ( TECVAL ) Manhole Handhole Aislamiento ( lana de vidrio ) ( FIGERGLASS ) Forro galvanizado Pernos para tapas Accesorios para instalación Aranceles por servicios y mano de obra Para la construcción y ensamblado de La caldera. 10% imprevistos

SUBTOTAL 2

COSTO TOTAL = SUBTOTAL 1 + SUBTOTAL 2

COSTO TOTAL = USD 24,000.00

6.8.2.- RENDIMIENTO REAL DE LA CALDERA.

COSTO USD

4,200.00 1,250.00 1,000.00 985.00 120.00 110.00 264.80 64.90 27.80 149.28 52.68 93.70 270.00 10,962.42 1,200.00

20,750.58

Una vez instalada la caldera se procedió a tomar datos reales de los parámetros mas importantes a plena carga como son : consumo de combustible , presión de vapor , presión de aire , temperatura de salida de los gases de combustión , los cuales comparados con los cálculos realizados en el diseño térmico nos darán un criterio acerca de la construcción de esta maquina térmica. CONSUMO DE COMBUSTIBLE.

Para la medición del consumo de combustible señalamos en el visor del tanque diario la altura del diesel antes de prender la caldera , después de un periodo de tiempo que en este caso fueron ocho horas continuas de trabajo a plena carga medimos la altura del combustible y transformamos esta medida a CC y luego a galones.

CONSUMO DE COMBUSTIBLE DIESEL # 2 VALOR IDEAL : Medición #

14,75 gal / hora

Consumo gal / hora / día

1

13,50

2

14,00

3

14,75

4

13,00

5

12,75

Promedio =

13,60 gal / hora

 PRESION MAXIMA DE TRABAJO.

Para la medición de la presión máxima de trabajo se utilizaron básicamente dos elementos de medición y control que son primero el manómetro 0-300 psi y segundo el presostato de trabajo , cuyo Set Point estubo en 125 psi Máximo. Una vez que la caldera arrancó se fue aumentando carga paulatinamente hasta llegar a su máxima capacidad y en este momento se tomaron las mediciones respectivas , en periodos de dos horas durante cinco días de trabajo , obteniendo los siguientes resultados promedio:

PRESION MAXIMA DE TRABAJO VALOR IDEAL :

125 PSI

Medición #

PSI

1

125

2

100

3

115

4

120

Promedio =

115 PSI

 PRESION DE AIRE.

Para la medición de la presión de aire se utilizó un manómetro a la entrada del tubo que lleva el aire de atomización hacia la boquilla , las mediciones se tomaron en un periodo de ocho horas de trabajo a plena carga., durante cinco días.

PRESION DE AIRE VALOR IDEAL :

8 PSI

Medición #

PSI

1

7

2

7,5

3

8

4

7

5

7

Promedio =

7,3 PSI

TEMPERATURA DE SALIDA DE LOS GASES.

Para la medición de la temperatura de los gases de salida , se instaló termómetro de rango 0-1000ºC en la chimenea y se tomaron al inicio y al final de la jornada de trabajo de la caldera durante cinco días , obteniendo los siguientes resultados: TEMPERATURA GASES VALOR IDEAL :

365 ° C

Medición #

°C

1

335

2

340

3

340

4

345

5

350

Promedio =

342 ° C

6.8.2.1.- DATOS COMPARATIVOS ENTRE VALORES PREVISTOS Y VALORES REALES.

Valores previstos

Valores Reales

% Diferencia

Combustible

14,95 gal/h

13,60 gal/h

9,03 %

Presión Vapor

125 PSI

115 PSI

8,00 %

9 PSI

7,3 PSI

8,75 %

365 oC

342 oC

6,03 %

Presión Aire o

T Gases

Comparando los valores obtenidos en las mediciones realizadas durante 5 días de funcionamiento de la caldera a plena carga con los valores previstos en el diseño de la caldera , observamos que estos valores estan dentro de un margen de error de +/10%, lo cual nos indica que la caldera esta funcionando adecuadamente y dentro de los parámetros establecidos .

 VII.- ACCESORIOS PARA LA CALDERA  7.1.- GENERALIDADES El equipo auxiliar de las calderas son aparatos o dispositivos , accesorios o armaduras , que están íntimamente ligados, ya sea con la caldera misma , o con su operación , control o mantenimiento. Son indispensables para la seguridad , para la economía y para la comodidad. Las armaduras externas incluyen los indicadores de nivel y grifos de prueba, drenes y válvulas de purga ( de la superficie y del fondo ) , válvulas de seguridad o de alivio , grifos de ventilación ( purga de aire ) y trampas de vapor , conexiones para muestras de agua , válvulas de retención ( protección contra retroceso ). Entre los accesorios de medición para el control de las condiciones de operación de la caldera , están incluidos los manómetros, indicadores de nivel de agua , termómetros , y aparatos de alarma. También esta comprendido el equipo de control para la combustión y dispositivos de medición correspondientes. Los aparatos de seguridad protegen la caldera contra bajo nivel de agua , altas temperaturas y alta presión.

7.1.2.- VÁLVULAS DE SEGURIDAD Y DE ALIVIO

Es absolutamente necesario dotar a la caldera de un dispositivo de protección que prevenga el aumento de presión mas allá de la presión de diseño. Entre los dispositivos propios de las calderas automáticas quedan comprendidos los siguientes: Válvulas de seguridad de disparador .

Cuando la presión alcanza un punto predeterminado , la válvula se dispara, quedando completamente abierta y permaneciendo así hasta que baje nuevamente la presión. Estas válvulas generalmente son del tipo de resorte de carga directa.

 Fig. 16: Válvula de seguridad.

El código ASME secciones I y VIII recomienda: * Número de válvulas. Referencia Código ASME sección I párrafo 67.2:

Calderas con superficie de intercambio de calor inferior a 500 pies cuadrados: 1 Válvula mínimo.

Calderas con superficie de intercambio de calor superior a 500 pies cuadrados: 2 Válvulas o mas.

* Capacidad total de descarga: BHP x 35= lb vapor/hora 50 x 35 = 1750 lb/hora.

Presión de apertura: Presión de operación + 10% * Presión de trabajo : 125 PSI * Producción de vapor: 1725 lb de vapor/ hora.

Válvula seleccionada según tabla del fabricante: TECVAL.

* Boquilla : F * Modelo: VSGR - 1-1/4" x 1-1/4".

7.1.3.- CONTROL DE NIVEL DE AGUA Todas las calderas de operación automática deben estar equipadas con un interruptor de bajo nivel de agua , el cual impida el funcionamiento del quemador , mientras no exista suficiente agua en la caldera, por otra parte otro interruptor deberá controlar la alimentación de agua. Un modelo tipo de este dispositivo , es el control "McDonnell" que consiste de un flotador , el cual actúa sobre un interruptor eléctrico, todas las unidades McDonnell van provistas de una válvula de purga para desalojar los sedimentos. El control McDonnell va conectado al indicador de nivel que permite la observación visual de la cantidad de agua que contiene la caldera. Estos indicadores

están dotados de válvulas de cierre, superior e inferior. Se colocan válvulas o grifos de prueba a tres niveles diferentes del indicador de nivel, lo que permite al operador cerciorarse de que el nivel del agua en la caldera coincide con la indicación del tubo de vidrio.

* CONTROL UTILIZADO:

Marca: McDONNELL & MILLER Serie: 157 Presión: sobre 150 PSI Utilidades: Controla arranque y parada de la bomba de agua, apaga por bajo nivel

de agua y alarma, visor de columna de agua.

 Fig.17: Control de nivel de agua ( McDonnell # 157 )

7.1.4.- VÁLVULA PRINCIPAL DE VAPOR Es la que esta conectada al tubo secador , permitiendo el paso o salida del vapor generado por la caldera , para que este se dirija luego al sistema de vapor general.

7.1.5-

VÁLVULAS DE PASO Y RETENCIÓN DEL AGUA DE

ALIMENTACIÓN. La válvula de paso y de retención del agua de alimentación generalmente van instaladas en la misma tubería que se utiliza para introducir el agua a la caldera. La válvula de paso como su nombre lo indica es una válvula cuyo propósito es permitir el paso del agua hacia la caldera , en cambio que el propósito de la válvula de retención es de evitar el retorno del agua cuando se detiene el funcionamiento de la bomba de alimentación.

7.1.6.- VÁLVULA DE EXTRACCIÓN DE FONDO Esta válvula va instalada con su conexión al fondo de la caldera, con el propósito de extraer los sólidos que se depositan en el fondo de la misma.

7.1.7.- MANÓMETRO

Son instrumentos que indican la presión de trabajo de la caldera y van instalados en la parte superior de esta. Los manómetros son generalmente del tipo "

Burdon ".  Fig.18: Manómetro de tubo burdón.

7.1.8.- PRESOSTATOS Los presostatos conocidos en inglés como " Presuretrol controllers", son dispositivos de control de presión con fines de protección en la seguridad operacional de las calderas, que limitan excesos de las presiones, son limites actuando en combinación con el circuito eléctrico que está a su vez conectado con el motor del quemador. PRESURETROL UTILIZADO:

Modelo: L404C Rango: 10 a 150 psi

 Fig.19: Presostato de mercurio

Otros tipos de presostatos usados en calderas es el denominado " presostato de control proporcional " o de modulación que como su nombre lo indica consiste en un control modulante usado para máximos limites de operación como un controlador directo para el motor proporcional que opera un quemador automático. PRESURETROL UTILIZADO:

Modelo: L91D Rango: 5 a 150 psi

 Fig.20: Presostato de modulación

7.1.9.- TRANSFORMADOR PARA LA IGNICCIÓN Provee una chispa de alto voltaje para la ignición o encendido del piloto de gas o de diesel oíl.

Marca: WEBSTER Voltaje primario : 120 voltios Voltaje secundario : 6.000 voltios.

7.1.10.- MOTOR MODULADOR DEL REGISTRO DE AIRE El motor modulador mueve el registro rotativo de aire y modula las válvulas de combustible por medio de levas y un sistema articulado para asegurar la proporción correcta de aire - combustible bajo toda condición de carga. Una parte integral de este motor es el interruptor de baja combustión el cual tiene que estar cerrado para que se encienda el quemador en posición de baja combustión , este dispositivo evita el encendido del quemador a menos que el motor modulador haya vuelto a colocar el registro rotativo del aire y la válvula reguladora del combustible también a la posición de baja combustión. MODUTROL UTILIZADO:

Modelo: M9484 Características: * Control proporcional reversible

* Actúa sobre válvulas, dampers y equipos auxiliares. * Rango de operación 90o - 160o * Torque: 150 lb-in

 Fig.21: Motor modulador de registro de aire.

7.1.11.- INTERRUPTOR DEL QUEMADOR Este interruptor opera manualmente para iniciar y parar la operación del quemador por medio de una conexión directa.

7.1.12.- INTERRUPTOR MANUAL - AUTOMÁTICO Este interruptor puede ser accionado en las posiciones manual o automático. En la posición automática toda operación queda bajo el control modulador que gobierna la posición del motor modulador según la demanda de la carga. En la posición manual el motor modulador por medio del control manual de la llama, puede ser ajustado para la asignación apropiada de la combustión.

Este control manual se lleva a cabo por medio de un potenciometro , el mismo que permite establecer la asignación de la combustión en el quemador a través del motor modulador.

7.1.13.- DETECTOR DE LLAMA Ante una falla en la llama , el sistema de protección debe actuar inmediatamente a través de detectores excitando el circuito eléctrico de enclavamiento previsto en la instalación para que el conjunto caiga en seguridad, y evite la entrada de combustible sin quemarlo, eliminando así el peligro de su eventual encendido y explosión subsiguiente. Los detectores de llama basan su principio de funcionamiento en varias características de la llama, tales como: calor, ionización y radiación. Los detectores infrarrojos pueden ser usados con llama de gas, fuel-oil, carbón o combinación de estos combustibles. Alrededor de un 90% de la radiación total de una llama es infrarroja, estos detectores reciben una amplia radiación de alta intensidad, y estos pueden detectar aun llamas muy débiles. La célula de sulfuro de plomo usada en el detector no puede distinguir entre los rayos infrarrojos emitidos por un refractario caliente y la radiación infrarroja de una llama. Por lo tanto, el sistema de detección infrarroja incluye un amplificador el cual responde únicamente a la radiación desde una llama y rechaza la señal constante desde un refractario caliente.

El material sensitivo usado en el detector infrarrojo es

sulfuro de plomo. La resistencia eléctrica de este material disminuye cuando es expuesta a una radiación La construcción de la celda puede ser alterada para variar esta sensibilidad. DETECTOR DE FLAMA UTILIZADO: Marca: Honeywell Modelo: C7015A ( sulfuro de plomo ) Amplificador: R7248A Programador: RM7800L Respuesta : Responde a radiación infrarroja Longitud de onda: entre 0.75 y 1000 micras. o

o

Temperatura ambiente: 125 F ( 52 C ) max.

 Fig.22: Detector de flama ( Fotocélula )

7.1.14.-

MICROPROCESADOR PARA EL SISTEMA DE CONTROL

DEL QUEMADOR

El Honeywell RM7800L , es un microprocesador inteligente basado en el sistema de control integrado para quemar automáticamente gas, oíl, carbón o combinación de combustibles en aplicaciones de quemadores simples.

El principio de control y el elemento lógico es realmente grande y este es programable para proveer niveles de seguridad, capacidad funcional, y características mas allá de la capacidad de los controles electromecánicos convencionales o de los controles de discreto estado sólido. Las funciones previstas para el sistema de control del quemador del RM7800L incluye: Prebarrido o prepurga.

Es decir limpieza de los gases que pudieran haberse acumulado desde la

última

combustión en el hogar hasta antes de cada encendido. Encendido de la llama piloto.

Aquí el transformador para encendido y la válvula del piloto de gas reciben energía, y al confluir el aire para la combustión y el gas en presencia de la chispa de encendido, se establece la llama piloto. Encendido de la llama principal.

Hay que establecer la presencia de la llama piloto dentro de un periodo de 10 seg. para que siga el ciclo de encendido. En caso que esto no ocurriere por cualquier razón, el sistema se cerrara teniendo lugar una parada de seguridad. Una vez probado

el piloto la válvula del combustible principal recibirá energía y la llama principal será encendida. Parada de la instalación con enclavamiento secuencial en el que intervienen los elementos: falla de flama, presión de aire control, alimentación eléctrica, ventilador

de aire forzado, alarma de bajo nivel en la caldera., etc.

Parada del quemador .

El quemador seguirá funcionando hasta que la presión del vapor sobrepase la demanda de carga. Las válvulas principales de combustible quedan sin energía y se cierran. La llama se extingue, el motor del soplador (ventilador) continua forzando aire por la caldera en periodo de postpurga. El motor de registro vuelve a la posición de baja combustión, al final del ciclo de operación el circuito dejando al ventilador sin energía . El control queda nuevamente listo para repetir el ciclo cuando la presión del vapor baja y hace cerrar los contactos del control de operación, el quemador pasa otra

vez por las etapas normales de arranque y operación.

 Fig.23: Microprocesador para el control del quemador.

7.1.15.- RESUMEN DE LOS PRINCIPALES EQUIPOS Y ACCESORIOS INSTALADOS EN LA CALDERA.

EQUIPO

MARCA/MODEL0

TECVAL Válvula de seguridad

Control nivel agua

Mod: VSGR 1 ¼ McDonnell # 157

CARACTERISTICAS

RANGO

SET POINT

Abren cuando sobrepasa la presión P.apertura:135 psi establecida por el fabricante , no se las Caudal: 1750 lb/h puede calibrar.

*********

Controlan mecánicamente el nivel del Nivel agua : 1 pulg agua de la caldera mediante una boya y por interruptores de mercurio.

********** *********

Manómetro

Trerice C.O.

Tipo BURDON

0- 500 psi

Presostato operación

HONEYWELL Mod: L404 C

Operación similar a la de un interruptor ON-OFF, compuesto por una ampolla de mercurio.

10 – 150 psi

125 psi Difer: 2 psi

Presostato modulación HONEYWELL Mod: L91D

Modula automáticamente la entrada de combustible y aire según la carga de trabajo

5 – 150 psi

125 psi Difer: 2 psi

Transformador ignicción

WEBSTER

Provee una chispa de alto voltaje para el Primario:120 v encendido del piloto, 6000 voltios. Secundario : 6000 v

*********

Motor modulador

HONEYWELL Mod: M9484

Regula la entrada de aire y la válvula de combustible por medio de levas.

********

Detector de llama

HONEYWELL Mod:C7015A

Responde a radiación infrarroja, Onda: 0,75-1000 u compuesta por sulfuro de cromo

Microprocesador

HONEYWELL Mod: RM7800L

Controla todo el proceso de funcionamiento de la caldera , informa sobre fallas durante el periodo de trabajo.

90º - 160º

*************

********

*********

7.1.16.- ESQUEMA DE UBICACIÓN DE LOS EQUIPOS Y ACCESORIOS DE LA CALDERA.

 VIII.- SISTEMAS DE AGUA DE ALIMENTACION El agua de alimentación de una caldera constituye la materia prima para la producción de vapor, por lo tanto, este elemento debe ser suministrado

permanentemente a la caldera a fin de mantener una generación constante de vapor. Si se consigue alimentar una caldera con agua caliente se utilizaría lógicamente menos combustible , pues sería mas fácil alcanzar una temperatura de ebullición del agua a la presión de trabajo que estuviera operando la caldera. El sistema de agua de alimentación de una caldera se compone: Tanque de agua de alimentación o de condensado al mismo tiempo. Equipo de bombeo. Válvulas de regulación del agua de alimentación Dispositivos de control

8.1.- TANQUES DE AGUA DE ALIMENTACION Como la generación de vapor en una caldera depende directamente de la cantidad que se suministra a esta , es recomendable que la cantidad de agua de reserva y la capacidad del tanque de alimentación almacene una cantidad mínima de agua suficiente para sostener la evaporación en la caldera, por lo menos durante 20 minutos. Generalmente se sabe que para satisfacer la demanda de agua de un caballo caldera se requieren 0,069 galones americanos por minuto (GPM) o sea 0,261 litros por minuto. Por lo tanto, una caldera de 50 BHP evaporará: 50 BHP x 0,261 Lt/min BHP = 13,05 lt/min.

Si la reserva mínima de agua deberá satisfacer la evaporación en la caldera durante 20 minutos, por lo tanto la reserva mínima total será:

13,05 lt/min x 20 min = 261 litros. Por otra parte , el tanque de almacenamiento no deberá nunca estar 100% lleno, sino que es recomendable que éste se encuentre siempre solamente con un nivel de agua que cubra el 70% de la capacidad del tanque. Esto significa que la reserva mínima de agua deberá ser determinada conforme a la siguiente relación: reserva mínima de agua/ 07 ; 261/07 = 372,86 litros. Como teóricamente , se entiende que el tanque de almacenamiento del agua de alimentación recibirá el retorno del condensado proveniente del vapor que ha circulado por todo el sistema de vapor, aparentemente existiría un circuito cerrado de circulación perfecto. Sin embargo en la realidad , esto no sucede así, pues siempre hay perdidas a través de todo el sistema sea este de vapor, de condensado, o del agua de alimentación. Para reponer estas perdidas precisamente es recomendable que el tanque de agua de alimentación , o el tanque de condensado , sea provisto de alguna conexión de agua de reposición ( make-up) proveniente de algún otro tanque de reserva. El agua de alimentación deberá estar a la temperatura mas alta posible para evitar: problemas de dilatación contracciones choques térmicos.

Todos los cuales producirían en el interior de la caldera si esta fuera inyectada a la temperatura ambiente o relativamente fría.

De aquí la conveniencia de utilizar un mismo tanque para almacenar la reserva mínima y a la vez recibir los retornos de condensado lográndose así elevar la temperatura del agua de reposición que este necesitando el tanque para compensar las perdidas que pudieran suscitarse en el sistema.

8.2.- BOMBAS DE AGUA DE ALIMENTACION Los criterios de selección de una bomba de agua de alimentación para calderas son básicamente los siguientes: Operación continua o intermitente Temperatura del agua a la succión Capacidad Presión de descarga Carga neta de succión positiva requerida (NPSH) Operación continua o intermitente.-

Este criterio depende principalmente del tipo de caldera, pirotubular o acuotubular y del tipo de servicio de la caldera. En la mayor parte de los casos de las bombas destinadas a calderas de tubos de fuego, la operación es intermitente, esto se debe a que este tipo de calderas trabajan generalmente con un flotador sobre el cual actúa un Switch, este hace que el motor que impulsa la bomba pare o arranque entre cierto nivel.

Al seleccionar bombas de agua de alimentación se deberá considerar que a menudo las calderas operan a 200 y 300% de su capacidad. Temperatura del agua de succión.-

Este parámetro tiene importancia de la premisa que las bombas standard se encuentran disponibles con rangos de temperaturas entre aproximadamente 100 oC a 104oC , mientras que otras bombas son fabricadas para operar con temperaturas de hasta 121oC o mas, pero con enfriamiento de agua externo. Capacidad.-

La capacidad de una bomba de agua de alimentación de calderas significa el caudal que una bomba puede proveer , pero siempre dependiendo también de la presión de descarga y de la carga neta de succión requerida. Los dos tipos de bombas usadas para el agua de alimentación de calderas son: el tipo turbina y el tipo centrífuga. Las bombas tipo turbinas tienen que ser seleccionadas para una capacidad de 1,5 a 2,0 veces la capacidad de evaporación de la caldera para la cual vaya a alimentar , es preciso indicar que por regla general la bomba tipo turbina es frecuentemente seleccionada para operación intermitente. Presión de descarga.-

Si la tubería de descarga de la bomba esta conectada directamente a la caldera, sin válvula motorizada o reguladora de agua de alimentación , solamente es necesario

considerar la presión de operación de la caldera y las perdidas a través de la tubería para determinar la presión de descarga de la bomba. La selección de la presión de descarga en bombas tipo turbina es menos critica que en bombas centrífugas, sin embargo se debe asegurar que la presión de descarga seleccionada sea siempre mayor que la presión de operación de la caldera. Un valor de 5 a 25 PSI por encima de la presión de operación de la caldera sería un valor razonable a adoptar. La carga neta de succión positiva (NPSH).-

Es la altura total absoluta de succión en cm o pies, corregida al eje impulsor, menos la presión de vapor del liquido en cm o pies absolutos. En realidad es un análisis de las condiciones de succión de la bomba, para saber si el agua se vaporizará o no en el punto de menor presión de la bomba. Obviamente, debemos mantener el fluido en estado liquido para obtener un buen funcionamiento de la bomba evitando la cavitación que afecta a la presión, capacidad y eficiencia que podría producir incluso perforaciones en las paletas del impulsor.

8.3.- TRATAMIENTO DE LAS AGUAS DE ALIMENTACION Se puede decir que las aguas que se toman para el abastecimiento de las calderas no son nunca puras , y admitiendo que no arrastren materias sólidas en suspensión , siempre llevan disueltas diversas sales , algunas de las cuales se precipitan por la acción del calor , como sucede con los bicarbonatos de calcio y magnesio , dando lugar a la formación de depósitos que pueden ser poco adherentes, del tipo pulverulento , en cuyo caso se designan con el nombre de lodos , o bien extraordinariamente adherentes,

denominándose incrustaciones , de aquí la necesidad del tratamiento y preparación de las aguas destinadas a la alimentación de las calderas.

La formación de las incrustaciones es sumamente perjudicial y peligrosa , ya que estas tienen una conductividad calorífica muy inferior a la del hierro , por lo que el paso de calor desde los gases de combustión hasta el agua resulta considerablemente disminuido , lo que representa ya un gran inconveniente del tipo económico ; pero además existe el riesgo de explosión ya que al disminuir el paso de calor por unidad de superficie y tiempo, ha de forzarse la combustión para mantener un nivel de temperatura y presión en el vapor producido , lo que puede traer como consecuencia un enrojecimiento de la chapa de la caldera que esta en contacto con los gases , a lo que a veces va unido el resquebrajamiento de la capa de incrustaciones , con penetración del agua a través de las grietas y repentino contacto con la chapa al rojo, la acumulación de todos estos factores hace casi inevitable la explosión. La formación de lodos e incrustaciones se debe a la separación de la fase sólida en las disoluciones sobresaturadas en determinadas zonas de la caldera. En dichas soluciones sobresaturadas algunos iones se asocian a las moléculas convirtiéndose en núcleos de cristalización. La precipitación espontanea de la fase sólida de las disoluciones tiene lugar en una serie de etapas que pueden resumirse en cuatro: a) Formación de gérmenes moleculares b) Aumento a micro-partículas por acumulación de gérmenes c) Coagulación de las micro-partículas en copos y formando cristales. d) Desarrollo de los gérmenes moleculares pasando a cristales.

La tendencia formar cristales no es la misma en unas sales que en otras. El carbonato de calcio a temperaturas superiores a 100 oC forma generalmente un lodo blando a base de cristales de aragonito. El sulfato cálcico hacia los 140 oC experimenta

una disminución en su coeficiente de solubilidad por formarse un semihidrato que se deposita en estado cristalino ; si la temperatura es de unos 200 oC se deposita en forma mas suelta, como sulfato anhidro. La preparación del agua destinada a la alimentación de las calderas se compone de varios procesos que podemos resumir en los siguientes: 1. Tratamiento inicial:

- filtración - descarbonatación - eliminación de sustancias orgánicas. - desgasificación 2. Depuración

- desmineralización 3. Tratamiento final:

- desgasificación

La filtración tiene por objeto eliminar las materias sólidas en suspensión realizándose por paso del agua a través de capas de arena o materiales porosos , bien por la acción de la gravedad o bajo presión. La descarbonatación se realiza para aguas muy duras, es decir de gran contenido en carbonato y bicarbonato cálcico y magnésico. La operación se efectúa con agua a unos 90oC , añadiendo hidróxido cálcico y carbonato sódico. La

mezcla

de

hidróxido

cálcico y carbonato sódico da lugar a la formación de hidróxido sódico , que precipita

los bicarbonatos al estado de carbonatos. Finalmente, el carbonato sódico reacciona con los sulfatos formando carbonatos insolubles.

La eliminación de las sustancias orgánicas es muy difícil , prácticamente

imposible si se pretende efectuarla de una manera completa. Las partículas orgánicas del tipo coloidal se mantienen en el agua debido a su carga eléctrica negativa, que por repulsión las mantiene dispersas impidiendo cualquier acumulación y precipitación. Si se añade al agua otro coloide cuyas partículas tengan carga eléctrica del signo opuesto , se producirá por atracción acumulados lo suficientemente pesados como para precipitar. Los coloides que se añaden suelen ser hidróxidos metálicos, y como el precipitado tiene forma esponjosa o floculante se conoce con el nombre de floculación. La floculación y consiguiente clarificación del agua se realiza por adición de sulfato de aluminio principalmente, el cual con los álcalis presentes en el agua produce un precipitado coloidal de hidróxido de aluminio que engloba a cualquier partícula en

suspensión en el agua.

La eliminación de los silicatos de calcio y de magnesio es

de la mayor importancia por ser de los principales causantes de las incrustaciones. Los silicatos de calcio y magnesio pueden eliminarse por tratamiento del agua con aluminio sódico coloidal, con lo que se produce una condensación de los silicatos sobre las partículas de aluminato. La desgasificación se conoce también con el nombre de desaireación, ya que los gases que se trata de eliminar son los del aire disueltos en el agua. La desgasificación se considera actualmente imprescindible para las calderas de altas y altísimas presiones y es muy conveniente realizarla para todas aquellas que trabajen por encima de los 10 Kg/cm2.

8.3.1.- TABLA DE ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS DE LA CALDERA.

Bomba combustible

HP

CAPACIDAD

1/4

20 Gal / hora

HP

CAPACIDAD

Bomba de agua 3 Tanque de condensado

7,6 GPM CAPACIDAD 60 Galones

IX.- MANTENIMIENTO 9.1. - CONCEPTO La parte más importante para el buen funcionamiento de la caldera es su programa de mantenimiento, si se establece dicho programa usted tendrá la seguridad de que la caldera funcionará con un mínimo de paradas costosas, será mas económico y evitará altos costos de reparación. Le sugerimos llevar registros del funcionamiento de los componentes del caldero tales como presiones, temperaturas, consumo de diesel, y todas las operaciones de limpieza del lado de fuego y agua. Mantenga siempre limpia la sala de calderas y sus componentes.

9.2. - PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DIARIO

1) Purge la caldera con regularidad de acuerdo con los requisitos , el número y frecuencia de las purgas depende de la cantidad de agua de alimentación y debe ser determinado por un especialista en el tratamiento de aguas. 2) El procedimiento correcto de la purga es el siguiente: a. Subir el nivel de agua en el visor de cristal hasta la mitad, esta operación se realiza colocando el interruptor de la bomba en " manual ", desconecte al conseguir el nivel. b. Habrá la válvula de purga de fondo, primero poco a poco y después por completo, por el tiempo establecido por el análisis del agua, y luego cierre rápidamente.

Importante: Cuando este purgando nunca deje que

desaparezca el agua del nivel

Visible. c. Purge la columna de agua del McDonnell dos ( 2 ) veces al día o cuando menos una vez por turno de trabajo por el tiempo aproximado de 4 segundos, esto mantendrá las conexiones de la columna de agua libre de lodos o sedimentos ocasionan fallas gravísimas en este control y consecuentemente en la caldera. Importante:

Siempre señale o recuerde el nivel de agua antes de las purgas y

después de efectuadas las mismas, si el nivel queda mas arriba , baje poco a poco con la purga de la columna; el mantener un sobre nivel de agua le resta cámara de evaporación a la caldera.

1) Cuando arranque la caldera verifique siempre el buen funcionamiento de todos los elementos y siempre lleve registros de presión y temperatura de los gases , esto dará un buen indicio para proceder a la limpieza de los tubos de fuego.

9.3. - PROGRAMA DE MANTENIMIENTO MENSUAL 1) Desconecte la energía del breaker principal y limpie con cuidado el polvo de los controles eléctricos, además revise los contactos de los arrancadores, mantenga siempre cerrada la puerta del gabinete de controles. 2) Limpie el filtro de diesel. 3) Limpie los filtros de agua de alimentación del tanque de condensado 4) Desmonte y limpie el conjunto quemador. ( Boquilla , Electrodo, Fotocelula , etc.) 5) Revise el hogar y el estado del refractario. 6) Revise los anclajes de los motores y bombas. 7) Compruebe el alineamiento de la bomba de alimentación de agua con su motor, si no es así , esto causará un fuerte vibración y gastará muy pronto los cauchos del acople. 8) Verifique el estado de las trampas de vapor en el sistema de retorno de condensado, trampas defectuosas no solo malgastan el vapor , sino que también causan bloqueo por vapor debido a la alta temperatura de los condensados. 9) Limpie los ventiladores

9.4. - PROGRAMA DE MANTENIMIENTO SEMESTRAL

1) Revise el lado de agua de la caldera, deje que la caldera se enfríe por completo y descargue toda el agua por la purga de fondo, quite las tapas de inspección de hombre ( manhole ) y las tapas de mano ( handhole ) lave bien el interior de la caldera utilizando una manguera con agua a presión, aplique el chorro por el manhole y después por los handholes , para hacer un barrido de los lodos a través de la válvula de purga, empiece el lavado tan pronto se hayan quitado las placas y tapas , en este momento las incrustaciones suaves están fofas y son fáciles de expulsar, si de dejan secar se endurecen y son difíciles de limpiar. 2) Realice una inspección y limpieza en la boca de ingreso de agua a la caldera. 3) Retire el tapón de la cruceta de la columna de agua o McDonnell para hacer una limpieza similar a la entrada de agua a la caldera. 4) Después de lavar la caldera, examine con cuidado las superficies de evaporación para ver si hay indicios de corrosión, picadura o incrustación, cualquier indicio de estas condiciones denota la necesidad de dar un mejor tratamiento al agua de la caldera, comunicando a la compañía química encargada. 5) Al volver a colocar las tapas de inspección de mano y de hombre coloque empaques nuevos, antes de colocarlos limpie los residuos de los empaques viejos en las tapas y agujeros. 6) Mientras la caldera esta parada, revise todas las válvulas; si puede rectificar los asientos y empacar nuevamente los vástagos donde sea necesario. 7) Realice la limpieza del hogar con un cepillo de alambre; verifique el buen estado del refractario de la compuerta y de la cámara posterior.

8) Limpieza del tanque de condensado con agua a presión, sacando la brida del flotador y el tapón de fondo. Importante: Cerrar la llave de esfera que comunica con el filtro y bomba, después

purgar los posibles lodos por el filtro en Y de la bomba y limpiar el filtro. 9) Realice la limpieza de los tubos de fuego con el cepillo circular y sin golpear los refractarios. 10) Limpieza del calderin del McDonnell. a.- Aflojar los seis pernos de 3/8" que acoplan el cabezal y el calderin. b.- Retirar con cuidado de no dañar la varilla y el flotador. c.- Suspender con cuidado el cabezal. d.- Limpieza mecánica del caderin. e.- Cambiar el empaque que acopla el calderin y el cabezal del McDonnell. f.- Colocar el cabezal en el calderin y colocar los pernos de 3/8" , ajustar en cruz. 11) Para poner en servicio nuevamente a la caldera , llene de agua a su nivel , caliente despacio la unidad hasta 25 PSI de presión y reajuste con cuidado las tapas del manhole y handhole , luego continúe el calentamiento.

CONCLUSIONES 1. Se ha comprobado en el diseño térmico ( Capitulo III ) que los valores y datos proporcionados por los fabricantes de calderas se acercan a los valores calculados en este capitulo , además el correcto uso de estos datos y valores nos permitirá ahorrar un tiempo considerable en los cálculos para el diseño térmico de futuras construcciones.

2. Con este capitulo se han aprendido temas que no son estudiados en la facultad, lo cual ha enriquecido en parte los conocimientos adquiridos durante el período de estudio. 3. En la construcción de esta caldera se han aplicado técnicas tanto en el área eléctrica como en el área mecánica , las cuales serán medidas posteriormente una vez que el equipo entre a funcionar , y estos resultados serán analizados y comparados con los de otros equipos similares. 4. Por la no existencia en el país de materiales recomendados por los fabricantes internacionales de calderas para la parte del casco, hogar y espejos se ha elegido el material cuyas características de composición se acercan mas a las de estos materiales, además se ha sobredimensionado en el espesor de la chapa para compensar estas diferencias. 5. Por ser una máquina térmica en la cual intervienen diferentes parámetros de trabajo como la presión , nivel de agua , combustión , etc. , se ha tomado especial atención en los equipos auxiliares de seguridad , para con esto garantizar la integridad de todo el personal que este alrededor de la misma.

6. Con este trabajo se han establecido conocimientos teóricos y prácticos que no pretenden desarrollar nuevas teorías sobre la construcción de calderas , sino formar una base de conocimientos , que debe convertirse en una estructura real de desarrollo , como un paso hacia la definición de un tecnología propia.

RECOMENDACIONES 1. Las planchas que formaran el casco y el hogar de la caldera deberán ser cortadas perfectamente a escuadra para evitar problemas y complicaciones en el momento del rolado de las mismas. 2. La perforación de los espejos se debe hacer con la herramienta ( broca ) de la medida exacta para que la colocación y lo mas importante que es el ajuste de los tubos se lo realice de acuerdo a los parámetros establecidos. 3. La unión electrosoldada de las partes sometidas a presión la debe realizar solamente personal preparado y calificado para este tipo de trabajo.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1] VARGAS A., Calderas industriales y marinas, 1ª. Edición, Series VZ, Guayaquil

1984 , pp.169.

[2] SEVERNS W.H., Energía mediante vapor, aire , o gas ., 5ª.edición , 2ª .reimp.,

REVETE , México,

1991 , cap.6 , pp. 142 [3] DONLEE TECHNOLOGIES INC., 500 Series Boiler, Manual guía para la Shipley , USA , 1990 , pp. 8 . [4] VICENTE L., Termotecnia , 4ª edición , ARIE , España , 1964 , cap.15 , pp.224 [5] VARGAS A., op. cit. cap. 8 , pp. 164.

construcción. , York

[6] VACA A., Determinación del poder calórico de combustibles combustibles medios y pesados

producidos en el

Ecuador., Tesis , Quito , U.C.E , 1983 , pp. 78 [7] SEVERNS W.H., op. cit. cap. 5 , pp. 106 [8] DONLEE TECHNOLOGIES INC., op. cit. , pp. 12. [9] SEVERNS W.H., op. cit., cap. 3 , pp. 41 [10] VARGAS A., op. op. cit. , cap. 1 , pp. pp. 15 [11] SEVERNS W.H., op. cit. , cap 3 , pp. pp. 55 [12] KERN D., Procesos de transferencia transferencia de calor., 1ª.edición , 16ª.imp.

CONTINENTAL ,

México , 1982 , cap. 4 , pp. 114-116 [13] SHIELD C., Calderas, Tipos, características características y sus funciones., 1ª.edición., 10ª.imp.

CONTINENTAL ,

México , 1982 , cap.1 , pp. 33 [14] DONLEE TECHNOLOGIES INC. , op. cit. , pp. 8-9 8-9 [15] KERN D., op. op. cit. , cap. 4 , pp. pp. 137. [16] SHIELD C., op. cit. , cap. 4 , pp. pp. 500-501 [17] GUNN D., HORTON R. , Industrial Boiler. 1ª. Edición., LOGMAN, Inglaterra ,

1989 , cap. 11 , pp.

249. [18] MARKS., Manual del Ingeniero Mecánico. , 2ª.edición. , McGraw Hill , México ,

1984 , cap. 4., pp.

4-64. [19]

SEVERNS W., op.cit. Cap 6., pp. 143.

[20]

GUNN D., HORTON R., op.cit., Cap. 12 , pp 249

[21]

MEGYESY E., Manual de recipientes a presión, diseño y cálculo , 1ª edición, 2ª

LIMUSA , Mexico, 1995, parte I , pp 22. [22]

MEGYESY E., op.cit., parte I, pp 191.

[23]

MEGYESY E., op.cit., parte I, pp 26

[24]

MARKS , op.cit., cap.

[25]

MEGYESY E., op.cit., parte I, pp. 57.

[26]

VICENTE L., op.cit., cap. 19., pp. 292.

[27]

MEGYESY E., op.cit., pp. 213-214-440-439

reimp.,

BIBLIOGRAFIA  ASME , Boiler & Pressure Vessel Code, 1992 edition. CASILLAS A., Máquinas, Cálculos de taller , 29ª edicion , Madrid , 1976 DONLEE Techologies inc., 500 series boilers, York Shipley ELONKA S., Equipos industriales: guía práctica para reparación y mantenimiento , 2ª edición, McGraw Hill , México , 1987. GAFFERT G., Centrales de vapor , 2ª edición, Reverte , Barcelona, 1981 GUNN D, HORTON H., Industrial Boiler , 1ª edición , Longman , England , 1989

HAHNE E., Heat transfer in boiling , 1ª edición , Hemisphere , U.S.A. , 1977 KERN D., Procesos de transferencia de calor , 1ª edición , Continental S.A., México , 1982. MARKS , Manual del Ingeniero Mecánico , 8ª edición , McGraw Hill , México , 1984. MEGYESY E., Manual de recipientes a presión , diseño y cálculo , 1ª edición , 2ª reimp., Limusa , México , 1995. SALVI G., La combustión , teoría y aplicaciones , 2ª edición , Dossat S.A., España, 1975. SEVERNS V., Energía mediante vapor , aire o gas , 5ª edición , 2ª reimp., Reverte , México , 1991. SHIELD C., Calderas: tipos , características características y sus funciones funciones , 1ª edición , 10ª reimp., Continental S.A., México , 1982. STRANEO-CONSORTI , El dibujo técnico mecánico , 1ª edición , Montaner S.A., Barcelona , 1969. VARGAS A., Calderas industriales y marinas , 1ª edición , Series VZ , Guayaquil , 1984. VICENTE L., Termotecnia , 4ª edición , Ariel S.A., Barcelona , 1964. VACA A, Determinación del poder calórico de combustibles producidos en el Ecuador, Tesis, Quito, Unersidad Central del Ecuador, 1983. RAMIREZ W, Diseño y construcción de un intercambiador de calor, Tesis, Quito, Escuela Politécnica del Ejército,

  ANEXO 1: Propiedades termodinamicas del vapor de agua.Vapor saturado seco ( Fuente:  Procesos de transferencia de calor, Donald Kern )

  ANEXO 2: Propiedades de los gases de combustión.( Fuente : Tesis ESPE,Diseño y  construcción de un intercambiador de calor, Ing.W.Ramirez)

  ANEXO 3 : Conductividades térmicas de los liquidos ( Fuente : Procesos de transferencia de  calor , Donald Kern )

  ANEXO 4 : Calores específicos de líquidos ( Fuente : Procesos de transferencia de calor, Donald Kern )

  ANEXO 5 Kern )

: 

Viscocidades de líquidos ( Fuente : Procesos de transferencia de calor , Donald 

  ANEXO 6 : Propiedades de los materiales ( Fuente : Manual de  Megyesy E.)

recipientes a presión,

  ANEXO 7 : Eficiencia de la junta de soldadura ( Fuente : Manual de recipientes a   presión, Megyesy E.)

  ANEXO DONLEE Inc).

8 :Dimensiones

principales de YORK SHIPLEY ( Fuente: Manual de 

  ANEXO 9:   Medidas

principales para accesorios para izaje ( Fuente : Manual de  recipientes a presión, Megyesy E.)

  ANEXO 10 : PLANOS

Caldera horizontal : Plano general Caldera horizontal : Desarrollo de partes Caldera horizontal : Detalles de soldadura Caldera horizontal : Sillas Plano eléctrico : Diagrama de control y fuerza