UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES

Actualmente, la máquina más difundida y utilizada para la obtención de vapor es sin duda la caldera. Ya sea el caso que se requiera agua temperada o vapor con la mayor exigencia de presión y temperatura; se continuará empleando una caldera; únicamente variará el tipo de caldera a emplearse. Según las características del agua o vapor requeridos se deberá escoger la máquina que mejor cubra las necesidades; así se podrá escoger según el tamaño (presión de trabajo), el combustible a utilizar y la forma de circulación del agua y humos.

caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

ACUOTUBULARES: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación.

PIROTUBULARES: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape.

PARTES QUE CONFORMAN UNA CALDERA:

PARTES QUE CONFORMAN UNA CALDERA:

• Hogar o Fogón:

Es el espacio donde se produce la combustión. Se le conoce también con el nombre de Cámara de Combustión.

Emparrillado: • Son piezas metálicas en formas de rejas,

generalmente rectangulares o trapezoidales, que van en el interior del hogar y que sirven de soporte al combustible sólido

Cámara de Alimentación de Agua:

• Es el espacio comprendido entre los niveles máximos y mínimos de agua. Durante el funcionamiento de la caldera se encuentra ocupado por agua y/o vapor, según sea donde se encuentre el nivel de agua.

Los Accesorios de la caldera:a) Accesorios de Observación

Indicadores de nivel de aguaTubo de NivelGrifos o llave de pruebaIndicadores de presiónAltímetrosManómetrosAnalizadores de gases de la combustiónIndicadores de CO2Indicador de COIndicadores de temperaturas TermómetroPirómetros

b) Accesorios de   SeguridadVálvula de Seguridad Silbatos de AlarmaTapones Fusibles

c) Accesorios de Alimentación de aguaBombas CentrífugasBombas ManualesBombas De Embolo

d) Accesorios de Limpieza Puertas de Inspección    Válvulas de extracción de fondo Sopladores de hollín

e)Accesorios de aumento de Eficiencia EconomizadoresCalentadores de AireRetardadorf) Accesorios de Control AutomáticoControl de Presión PresostatoControl de temperatura TermostatoControl nivel de aguaControl de aireControl de la llamaControl de encendido

Control del nivel de agua:

Control de presión:

ABLANDADORES DE AGUA:

ECUACIONES BASICAS:• LA CALDERA ES UN SISTEMA ABIERTO O VOLUMEN DE CONTROL:

Es aquel que puede intercambiar energía y masa con los alrededores.

La ecuación de Primera Ley para este tipo de sistemas es:

La cantidad de masa dentro del volumen de control No varia con el tiempo:

 

El flujo de masa que atraviesa el V.C. y sus propiedades no varían con el tiempo por lo tanto las propiedades intensivas y extensivas son constantes dentro del V.C. en el tiempo, y como la masa permanece constante, se cumple que:

Caldera: Un generador de vapor

 

BALANCE TÉRMICO DE UNA CALDERA

En este caso la energía que se libera por la combustiónse divide en:  

La entregada al vapor de descarga

Las pérdidas por la chimenea Otras pérdidas indirectas

 Las pérdidas por la chimenea a su vez las podemos dividir en:  

Calor perdido por el aire seco Calor perdido por la humedad

ambiente Calor perdido por la humedad del

combustible Calor perdido por combustión

incompleta.

Ecuaciones de balance térmico en una caldera:

Calor útil entregado al vapor de descarga de la caldera (qv):

Donde: mv = caudal en masa o flujo másico de vapor generado (kg vapor agua/s)

mc = caudal en masa o flujo másico de combustible consumido (kg comb./s)

hs = entalpía del vapor generado (kcal/kg agua)

he = entalpía del agua de alimentación (kcal/kg agua)

Calor perdido por combustión incompleta (qci):

BALANCE DE ENERGÍA EN UNA CALDERA:

En el balance de calor de una caldera se estable la siguiente igualdad: CALOR ENTRANTE = CALOR SALIENTE Para realizar el balance debemos: 

Establecer una temperatura de

referencia (normalmente la temperatura

ambiente)

Realizar un balance de masa

Considerar el PCI del combustible

Calor del fluido de entrada (Qfe):

Donde:hfe = Entalpía del fluido de entrada [kcal/kg]Ca = caudal del agua de alimentación a caldera (kg/h)b = consumo horario de combustible

•Calor del fluido de salida (Qfs):

Donde:hfs = Entalpía del fluido de salida (kcal/kg)Pv = Producción de vapor (kg / h)b= consumo horario de combustible

RENDIMIENTO DE UNA CALDERA:

- Método directo:

Donde:PV = Producción de vapor [kg/h]HV = Entalpía del vapor [kcal/kg]hfe = Entalpía del fluido de entrada [kcal/kg]b = Consumo de combustible [Ud. de combustible/h]PCI = Poder Calorífico Inferior del combustible [kcal/Ud. de combustible]