UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

INGENIERIA DE PLANTAS INDUSTRIALES

TEMA: CALDERAS DE VAPOR

INTEGRANTES:

CARRERA BRYAN

MEZA JEFFERSON

GENERALIDADES

CLASIFICACION Y EQUIPOS

DIMENSIONAMIENTO

CRITERIOS Y ESPECIFICACIONES DE DISEO

ndice

La generacin de vapor es el proceso de convertir agua en vapor por la ampliacin de calor.

Cuando el agua est hirviendo el vapor y el agua tienen la misma temperatura, esta se la conoce o como temperatura de saturacin, los dos estados tanto en lquido y vapor se encuentran en equilibrio.

La temperatura en este proceso es constante y el calor suministrado se denominada calor latente de vaporizacin.

1. GENERALIDADES

Cuando el vapor producido est libre de agua a la temperatura de ebullicin se dice que es un vapor seco y saturado.

Cuando el vapor contiene lquido se llama hmedo y si se calienta sobre la temperatura de saturacin se llama vapor sobrecalentado.

Para obtener valores de las propiedades de termodinmicas del vapor, se utiliza las tablas de vapor y el Diagrama de Mollier.

En una caldera de tubos, el agua y el vapor fluye por una gran cantidad de tubos. La idea bsica puedes ser simplificada visualizando un circuito simple como se muestra en el diagrama:

CIRCUITO SIMPLE DE TUBOS

Aun cuando la operacin de muchas calderas no es tan simple como en el ejemplo, ya que normalmente se componen de circuitos ms complejos, el principio es el mismo.

Un brazo izquierdo del circuito se calienta en el hogar mientras que el otro est protegido por una pared de ladrillo refractario, la cual tiene por objeto mantener un brazo ms frio que el otro

PASO 1

Las burbujas de vapor se forman en el lado caliente (conocido como elevador o brazo de flujo ascendente.

PASO 2

Esta mezcla agua-vapor asciende y es reemplazada por el agua ms fra y ms pesada proveniente del ramal de flujo descendente

PASO 3

La operacin normal, existe un flujo continuo de agua desde el tambor hacia abajo por la pierna de descenso y de regreso hacia el tambor por la pierna de retorno, este tipo de caldera se denominada de Circulacin Natural.

CIRCULACIN NORMAL

Las calderas de alta presin es normal que sean se circulacin forzada es decir, que se bombea el agua a travs de los varios circuitos. En ambos casos normalmente se circula una cantidad de agua mayor que la cantidad de vapor generado.

CIRCULACION FORZADA

Es esencial para la operacin uniforme y eficiente de la caldera que el agua sea analizada a intervalos regulares y que est conforme con ciertas especificaciones o lmites de impurezas.

CONTROL DE AGUA DE CALDERA

Hay dos tipos bsicos de generadores de vapor o calderas:

Tubos de combustin: donde toda la transferencia de calor se efecta por el paso de los gases calientes de la combustin a travs de tubos sumergidos en agua.

2. TIPOS Y CLASIFICACION DE CALDERAS

Caldera de tubos, o de tubos de agua: el hogar est rodeado de tubos por cuyo interior circula una mezcla de agua vapor. Este tipo de calderas es de uso corriente en los generadores de refinera.

Las calderas compactas tipo paquete constituyen en la actualidad el generador ms comn empleado en operaciones de refinera, estas tienen distintos tipos de configuracin estructural, A, D, u O, como se muestra en el diagrama.

TUBO DE COMBUSTION

TIPO A

TIPO D

TIPO O

El precio de la caldera se estipula por kilo(o libra) de vapor producido.

En los tipos de construccin moderna, los tubos de la pared del hogar se tocan (estos son conocidos como tubos tangentes) o se juntan con una aleta de metal para proporcionar un sello hermtico al paso de los gases entre cada tubo.

CONSIDERACIONES

En esto se diferencia una caldera de un horno de hidrocarburos ya que en este ltimo existe espacio de transferencia de calor alrededor de los tubos.

Partes de la caldera

Clasificacin de las calderas de vapor

Por la posicin relativa de los gases calientes y el agua

Por clasificacin de acuerdo a la presin de trabajo de la caldera

Por clasificacin de acuerdo al combustible utilizado

CALDERAS ACUOTUBULARES

Las calderas Acuotubulares (el agua est dentro de los tubos) eran usadas en centrales elctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor dimetro y dimensiones totales una presin de trabajo mayor.

Estn inclinados para que el vapor a mayor temperatura salga por la parte ms alta, provoque un ingreso natural del agua ms fra por la parte ms baja. (tambin existen de forma horizontal)

La produccin de vapor de estas calderas es de unos 1500 kg/hora cada una, a una presin de rgimen de 13 atm. absolutas y 300 C de temperatura.

CALDERAS PIROTUBULARES El cuerpo de caldera, est

formado por un cuerpo cilndrico de disposicin horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisin de calor y una cmara superior de formacin y acumulacin de vapor.

La circulacin de gases se realiza

desde una cmara frontal dotada de brida de adaptacin, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cmara de salida de humos.

Clasificacin de acuerdo a la presin de trabajo de la caldera a) Calderas de baja presin

Calderas que producen vapor a baja presin, hasta unos 4 o 5 kg/cm2

Este rango de presiones es mas comn en las calderas de agua caliente que en las calderas que generan vapor.

b) Calderas de media presin

Producen vapor hasta aproximadamente 20 kg/cm2

Generalmente vapor saturado, utilizadas en la industria engeneral.

c) Calderas de alta presin

Asociadas a ciclos de potencia, trabajan con presiones de 20 kg/cm2

hasta presiones cercanas a la crtica de 250 kg/cm2

Clasificacin de acuerdo al combustible utilizado a) Calderas de combustibles lquidos

Requieren de instalaciones de almacenaje y tanques de servicio, de elementos de precalentamiento del fuel y de sistemas de bombeo y transporte.

La viscosidad de estos combustibles vara desde 30 40 cSt (100C) en los fuels de baja viscosidad hasta 700 cSt (100C)

En las plantas industriales en general se utilizan fuels de viscosidad del orden de 380 - 450 cSt (100C).

b) Calderas de combustible gaseosos

Utilizan tanto gas natural como GLP, aire propanado o gas obtenido en gasificadores.

Trabajan con muy baja presin, por lo que es comn que tengan sistemas de reduccin de presin importantes.

Es importante lograr una buena mezcla de aire-gas.

Sumamente importante prever las medidas de seguridad

adecuadas , por riesgo de explosin.

c) Calderas de combustibles slidos

Los combustibles slidos utilizados son muy variados: lea en todos los tamaos (rolos, astillas, chips, aserrn, bagazo de caa de azcar, cscara de arroz), carbn ( en distintos grados de pulverizacin),etc.

Cada uno requerir una tecnologa apropiada para poder quemarlos de la mejor manera.

El diseo del hogar para estos combustibles es sumamente complejo, teniendo que considerar el ingreso de aire suficiente y su correcta mezcla con el combustible

Dimensionado Potencia trmica :

energa trmica por unidad de tiempo que puede proporcionar una caldera

Potencia nominal.

cantidad de calor por unidad de tiempo que se produce en la caldera en el proceso de combustin

Potencia til

% =

100

Temperatura Temperatura de diseo:

base de clculo para los materiales que constituyen la caldera

Temperatura de servicio :

se someter la caldera cuando est funcionando conectada a la instalacin

Caudal

Cantidad de agua que deber circular por la caldera en condiciones normales nominales

=

Donde

Pn = Es la potencia nominal es Kcal/h

T= Es el salto trmico en C

Presin Presin de diseo: Es la utilizada en le momento de

calcular los distintos elementos que componen la caldera

Presin de trabajo. Es aquella a la que se vera sometida la caldera durante su funcionamiento normal.

Presin de timbre. Es la presin mxima de trabajo y corresponde con aquella a la que se regulara la vlvula de seguridad obligatoria

Presin de prueba.

Presin a que se somete la caldera para comprobar su estanqueidad y comportamiento mecnico. Sera como mnimo 1.5 veces la de timbre , siempre superior a 400kPa

Circuito de agua

Ser necesario conocer cul es el volumen de agua contenida en la caldera y circuito total, para poder determinar el volumen del vaso de expansin necesario para nuestros circuitos

El fluido deber de cumplir las siguientes caractersticas

para p > 13 , debern de evitarse los efectos del oxigeno disuelto, para p > 0.5 el pH podr modificarse segn la naturaleza del agua y en el caso de alta concentracin de materias orgnicas no oxidables con MnO4K y oxidables con CrO3K2, se consultara a un especialista.

.Especificaciones de diseo

Los cdigos para calderas y tanques de presin, contenidos en ASME boiler and Pressure Vessel Code, obliga a obtener las siguientes consideraciones:

Presiones mximas de diseo de operacin

Frmulas de diseo y mtodos de computacin incluyendo esfuerzos de trabajo permitidos, resistencia de los materiales, y espesor mnimo de los tubos y placas de metal.

Especificacin de construccin incluyendo: seccin del material, tcnicas de formacin y fabricacin, soldadura por fusin o remache