Calderas y generadores de vapor.pdf

7/28/2019 Calderas y generadores de vapor.pdf

1/34

Apuntes

Calderas y generadores de vapor

Carrera : Tcnico en Mantencin Industrial

Asignatura : Instalaciones trmicas y

refrigeracinCdigo : MAI 19

Profesor : Misael Fuentes Paredes

Valdivia - 2002


2/34

NOCIONES FUNDAMENTALES

1.1.- Generalidades sobre la obtencin de vapor

No es posible iniciar el estudio de los generadores de vapor o calderas sin antes recor-

dar los fundamentos del proceso fsico de la generacin de vapor y aclarar algunos conceptos

que resultan de uso comn en la actividad diaria del Operador de Calderas. El vapor

de agua es uno de los medios ms empleados en la industria para el transporte de energa, princi-

palmente por lo conveniente y econmico. La energa contenida en el combustible y liberada

durante el proceso de combustin, es entregada al agua que se vaporiza o simplemente se calien-

ta en la caldera, para luego ser llevada a los puntos de consumo, donde se emplea su energa ya

sea bajo la forma de presin o bien como calor.

Si cierta cantidad de agua se coloca en un recipiente abierto y es puesta en contacto con

una llama o fuente de calor, ste se transmite al agua a travs de las paredes del recipiente. La

temperatura del agua empieza a subir sin experimentar un cambio de estado fsico o fase hasta

los 100 C si la presin atmosfrica es la normal, a esta temperatura el agua comienza a hervir ,transformndose en vapor. La temperatura del agua permanecer en 100 C durante todo el

tiempo que el recipiente est abierto, aunque se siga aplicando calor.

Por otra parte, si el recipiente es cerrado y el vapor no sale al exterior, aumenta la pre-

sin del depsito y con ella aumenta la temperatura. Mientras ms tiempo se caliente el agua,

ms subir la presin y tambin la temperatura. Cuando se quita la fuente de calor, el vapor se

enfra entregando su calor, por lo cual se condensa y vuelve a ser lquido.

1.2.- Vaporizacin

La vaporizacin del agua, es decir, el paso de lquido a gas, se puede producir de dos

formas diferentes:

- Por evaporacin

- Por ebullicin

La evaporacin : es la produccin lenta de vapor en la superficie libre del lquido y tiene lugar

a cualquier temperatura sobre 0 C. Es el fenmeno que se observa regularmente en ros, mares

y lagos.

El vapor producido de esta forma se genera ms rpido cuanto mayor es la super-

ficie libre del lquido y mayor sea su temperatura, sin embargo, como tiene una presin inferiora la presin atmosfrica, no tiene utilizacin industrial importante.

La ebullicin: Ocurre cuando de toda la masa lquida se desprenden burbujas de vapor

que estallan tumultuosamente en la superficie, es decir, el liquido hierve. Esto se da slo si el

liquido est bajo determinadas condiciones de presin y temperatura.

Misael Fuentes Par

UACh 2


3/34

Si se trata de agua, la temperatura de ebullicin conocida en termodinmica como

temperatura de saturacin, es de 100 C, siempre que la presin atmosfrica sea la normal, el

recipiente est abierto a la atmsfera y el agua sea pura.

Si se contina el calentamiento del agua, contina tambin la produccin de va-

por, pero la temperatura del lquido permanece constante mientras la presin sobre l no cam-

bie.

Cuando la presin sobre el lquido disminuye, baja la temperatura de ebullicin y

por el contrario, si la presin aumenta sobre el lquido, como ocurre en una caldera u otro

recipiente cerrado, sube tambin la temperatura de ebullicin.

As por ejemplo a:

- una presin de 5 atm abs. el agua hierve (ebulle) a 151 C

- una presin de 10 atm abs. el agua hierve a 179 C

- una presin de 0,62 atm abs. el agua hierve a 84 C, que es lo que ocurre en las zonas a

4800 mts de altura sobre el nivel del mar.

Resumiendo se puede afirmar que la ebullicin de un lquido se producir slo si se cum-

ple la condicin:

P --------- T ebullicin

1.3.- Temperatura

La temperatura es una medida de actividad molecular de un cuerpo. En otras palabras,

indica el estado o grado de calor a que se encuentra un cuerpo respecto a otro, es decir, repre-

senta slo la posibilidad de ste de poder absorber o ceder, pero de ninguna manera representa

la cantidad de calor del cuerpo.

1.4.- Medicin de temperatura

Cuando vara la temperatura de un cuerpo, ya sea que ste ha recibido o bien entregado

calor, se producen algunos efectos sobre dicho cuerpo, entre los cuales se tienen:

- Cambios de volumen (dilataciones o contracciones)

- Cambios de estado fsico (fusin, vaporizacin, condensacin, etc.)

- Produccin de corrientes termoelctricas.

- Variacin de la resistencia elctrica de los conductores.

- Cambios de color.

Misael Fuentes Par

UACh 2


4/34

Cualquiera de estos efectos se puede aprovechar para medir la temperatura. De

hecho basado en el primer efecto se construyen los termmetros de dilatacin, de los cuales el

ms usado es el de mercurio. Este consiste en un crisol con mercurio seguido de un tubo muy

delgado, al calentarse el mercurio se dilata y sube por el tubo, tanto ms cuanto mayor

sea la temperatura.

El termmetro se grada considerando la temperatura del hielo fundente a presin

normal, la cual se designa con 0 grados Centgrados y los vapores de agua en ebullicin

tambin a presin normal, punto al cual se le asigno el valor 100 grados Centgrados. Esto

dio origen a la escala Centgrada o Celsius para medicin de temperatura del sistema mtrico.

En el sistema ingls en cambio, se utiliza la escala Fanhrenheit, en la cual al punto

de fusin del hielo a presin normal se le asign el valor 32 grados Fanhrenheit y al de ebulli-

cin del agua tambin a presin normal, el valor 212 grados Fanhrenheit.

En la escala Fanhrenheit el valor 0 F corresponde a la temperatura de fusin de

una mezcla agua-sal de amoniaco en partes iguales, empleada en sistemas de refrigeracin.

Para transformar temperaturas de F a C o viceversa, se emplean las siguientes rela-

ciones matemticas:

Sistema Ingls Sistema Mtrico

212 672 100 373

Fahrenheit F Rankine R Centigrada C Kelvin K

32 492 0 273

0 460 -17,8 255,2

459 0 Cero Absoluto -273 0

= +F C9

53 2 = C F

5

932( )

Escalas de temperatura

Misael Fuentes Par

UACh 2


5/34

La temperatura absoluta es la que se mide a partir del cero absoluto, donde se supone

que no hay ninguna actividad en el cuerpo o elemento, es decir, no tiene nada de energa.

Esta condicin se obtiene a 273 C bajo cero, temperatura a la cual slo se ha podido acercar en

condiciones de laboratorio.

En la medicin de temperatura el termmetro ms empleado es el de mercurio, el

cual sirve para cubrir un rango de temperaturas desde 39 C bajo cero hasta 300 C aproxima-damente.

Para temperaturas de hasta 600 C se emplean normalmente los termmetros bimetlicos,

que consisten en dos lminas de diferentes metales unidas fuertemente y arrolladas o dobladas

de manera tal que con los cambios de temperatura tienden a arrollarse o doblarse ms

o bien a enderezarse. Es ste el movimiento que se emplea para accionar mecnicamente una

aguja sobre una escala indicadora.

Para temperaturas mayores se emplean las termocuplas y los pirmetros.

Las termocuplas consisten en dos fajas de metales diferentes unidos y en contacto cerrado,

los que van conectados por conductores elctricos a un medidor de tensin. La diferencia de

potencial elctrico generado en meta les diferentes por el calentamiento se traduce en unaindicacin de temperatura. El instrumento puede usarse a distancia, siendo necesario slo

colocar la termocupla en el lugar de medicin (bulbo), unido por cables al instrumento que

puede estar ubicado en un panel de control.

Los pirmetros en cambio se prestan para mediciones donde no es factible o no resulta

muy fcil colocar el elemento sensor de una termocupla, ya que actan a distancia y de

forma indirecta. Generalmente no se emplean en calderas.

1.5.- Presin

Se llama presin a la fuerza que por cada unidad de superficie soporta un cuerpo,en otras palabras es el efecto que produce una fuerza sobre una superficie.

Es posible distinguir entre diferentes presiones:

- Presin atmosfrica

- Presin absoluta

- Presin relativa

Presin atmosfrica: Tambin llamada presin baromtrica, es producto del pe-

so de la capa de aire y otros gases que rodea la tierra (atmsfera). Esta masa de gases ejerce sobre

la tierra una presin que a nivel del mar es equilibrada por una columna de 760 mm de mercurio,

lo que equivale a una atmsfera fsica. Esta presin es caracterstica del lugar, no es constanteen el tiempo puesto que vara con los cambios de temperatura y movimiento de las masas

de aire, sin embargo sus variaciones en la prctica resultan muy pequeas y casi no tienen im-

portancia. Se mide con un instrumento denominado barmetro.

Presin absoluta: Es aquella que est medida a partir del vaco total o cero abso-

luto. La presin atmosfrica es una presin absoluta. A nivel prctico no tiene gran aplica-

cin, s es fundamental en los clculos de ingeniera.

Misael Fuentes Par

UACh 2


6/34

Presin relativa: Se refiere a una presin medida a partir de un nivel distinto del

vaco absoluto, este punto de referencia normalmente es la presin atmosfrica. La presin

relativa puede ser de dos tipos:

- Presin manomtrica o efectiva- Presin de vaco o depresin

La presin manomtrica: es cualquier presin superior a la atmosfrica y que est

medida a partir de sta. Es la presin que puede contener cualquier depsito cerrado as co-

mo la caldera y es la indicada por los manmetros corrientes.

La presin de vaco: es una presin inferior a la atmosfrica. Es la que se logra

por ejemplo cuando de un depsito cerrado se intenta extraer todo su contenido, incluso el

aire. Para su medicin se utiliza el vacumetro.

Presin relativa

Presin absoluta

Presin atmosfrica normal 760 mmHg 1,033 kg/cm2

Vaco

Presin absoluta

Presin absoluta Cero

Diagrama de Presiones

1.6.- Unidades para medicin de presin

En el sistema mtrico la unidad fundamental es el kg./m2, sin embargo se usa

normalmente el kg./cm2.

En el sistema ingls la unidad fundamental es la lb/pie2, sin embargo se usa nor-

malmente la lb/plg2 tambin llamado psi.

Misael Fuentes Par

UACh 2


7/34

En el sistema internacional, la unidad fundamental es el Nt/m2, lo que se denomi-

na Pascal (Pa), sin embargo, al igual que en los casos anteriores, por ser sta una unidad muy

pequea se emplean regularmente:

- el hecto Pascal = hPa = 100 Pa

- el kilo Pascal = kPa = 1.000 Pa- el mega Pascal = mPa = 1.000.000 Pa

Con el fin de tener alguna unidad similar a la unidad mtrica se defini el bar.

1 bar = 100.000 Pa = 100 kPa = 1,02 kg./cm2

Para medir vaco en cambio, debido a que los valores de ste nunca sobrepasarn a

los de la presin atmosfrica, es decir a lo ms se llegar a tener un vaco de 1 atm, se utili-

zan otras unidades de medida, especficamente los mm Hg, los mca (metros columna de agua),las plg Hg y las plg de agua.

Es fundamental recordar las siguientes equivalencias:

1 kg./cm2

= 14,22 lb/plg2

= 14,22 psi

1 kg./cm2

= 10 mca

1 kg./cm2

= 1,02 bar

1.7.- Calor

Es una forma de energa que se transmite de un cuerpo a otro en virtud a una diferen-

cia de temperatura. Dicha transmisin de energa ser siempre del cuerpo de mayor temperatu-

ra, el ms caliente, al de menor temperatura, el ms fro.

1.8.- Transmisin de calor

El calor puede transmitirse de tres formas diferentes:

- por conduccin

- por radiacin

Misael Fuentes Par

UACh 2


8/34

- por conveccin

Conduccin

La conduccin es la transmisin de calor a travs de un cuerpo slido.

Radiacin

La radiacin es la transmisin de calor en forma de ondas radiantes, sin necesidad de

un medio material que lo transporte. Los materiales son casi indiferentes para la radiacin

trmica. La energa calorfica que se convierte en energa radiante, se vuelve a convertir en

energa calorfica cuando los rayos encuentran un material.

Conveccin

La conveccin es una forma de transmisin de calor que se presenta en los lquidos y

gases por la formacin de corrientes. Las partculas mviles toman calor y lo ceden al po-

nerse en contacto con materiales ms fros.

Corte en una caldera Kewanee

Es necesario distinguir entre conveccin libre y conveccin forzada. Se llama conveccin

libre a la que se produce cuando la corriente tiene origen natural, por ejemplo, en los lqui-

dos y gases cuando la temperatura no es uniforme en toda la masa de lquido o gas se produce

circulacin.

Se llama conveccin forzada a aquella en que el movimiento de las partculas es

artificial, es decir, se emplea un elemento mecnico para mover el fluido. En general, cuan-

to mayor es la velocidad de las partculas, mejor es la transmisin de calor.

Misael Fuentes Par

UACh 2


9/34

1.9 Calor especfico

Se llama calor especfico a la cantidad de calor necesario para calentar 1 kg. de

una materia en 1 grado.Este valor no es constante sino que vara con la temperatura. En general, si se

comparan los valores del calor especfico para los diferentes elementos, el agua es uno de los

que presenta el valor ms alto; esto quiere decir que si se desea transmitir una cantidad de calor

fija mediante una diferencia de temperatura establecida, si se utiliza agua, ser necesario una

menor cantidad de sta.

1.10.- Cantidad de calor

Para la medicin del calor en el sistema mtrico se utiliza la kcal (kilocaloria), la

cual est definida como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1 kg. deagua desde 14,5 a 15,5 C a presin normal. En forma similar en el sistema ingls de unida-

des, se utiliza el B.T.U. (British Thermal Unit) que corresponde a la cantidad de calor necesa-

rio para elevar la temperatura de 1 lb de agua desde 59,5 a 60,5 F.

La equivalencia entre las dos unidades estn dada por las relaciones siguientes:

1 kcal = 3,968 B.T.U. 1 B.T.U. = 0,252 kcal

1.11.- Calor de vaporizacin

El calor de vaporizacin es la cantidad de calor necesario para convertir 1 lt

de agua que se encuentra a 0 C y a la presin atmosfrica normal en vapor a 100 C.

Esta transformacin se lleva a efecto en dos etapas. En la primera se entrega calor a la masa de

lquido para elevar su temperatura desde 0 a 100 C (temperatura de saturacin), esta

cantidad de calor se conoce como calor sensible o entalpa del lquido. En seguida, es necesa-

rio una segunda cantidad de calor para convertir la masa de liquido en vapor, cantidad de calor

que se denomina calor latente o entalpa de vaporizacin; durante esta etapa no hay au-

mento de la temperatura si la presin no aumenta.

Calor de vaporizacin = calor sensible + calor latente

Misael Fuentes Par

UACh 2


10/34

1.12.- Vapor saturado

Es el vapor que se produce y se encuentra en contacto con el lquido que lo genera o

bien, es el vapor que se encuentra a una temperatura equivalente a la temperatura de ebullicinpara su presin.

El vapor producido en una caldera tiene una presin, una densidad y una cantidad de

calor que dependen de su temperatura. En general estas magnitudes estn relacionadas entre s

y se puede decir que para cada presin a que se encuentre el lquido, habr una temperatura de

equilibrio denominada temperatura de ebullicin, a la cual el agua se presenta en dos estados

fsicos, lquido y gaseoso

1.13.- Calidad de vapor

En el vapor saturado pueden existir o no partculas de agua en suspensin, de allque se hable de vapor saturado o vapor saturado hmedo.

Para indicar el grado de humedad del vapor saturado se emplea el trmino calidad o

ttulo del vapor, el que corresponde al porcentaje del vapor seco existente en 1 kg. de vapor.

1.14.- Vapor recalentado

Se dice que un vapor est recalentado cuando su temperatura es superior a

la temperatura de ebullicin correspondiente a su presin. Se obtiene el vapor recalentado

cuando se suministra ms calor al vapor saturado fuera de la cmara de vapor de la caldera.

Tambin se recalienta el vapor saturado cuando ste se somete a una reduccin de presin me-diante vlvulas reductoras adecuadas.

As por ejemplo, un vapor a 5 atm ser recalentado si su temperatura es superior a 151

C (temperatura de ebullicin segn las tablas de vapor). Se llama grado de recalentamiento

al exceso de temperatura del vapor a partir de la temperatura de ebullicin.

CALDERAS Y GENERADORES DE VAPOR

2.1.- Generalidades

Se conoce con el nombre de caldera al recipiente metlico cerrado destinado a calentar

agua o a transformarla en vapor, mediante la accin del calor. Sin embargo, por extensin

del trmino se incluye bajo el mismo nombre de caldera a los elementos auxiliares de sta

como el hogar, los ductos de humo, los elementos de control, etc.

Misael Fuentes Par

UACh 2


11/34

1

El trmino caldera en general es aceptable para lo diferentes tipos de equipos de

esta naturaleza, sin embargo conviene hacer diferencia en algunas situaciones. As a los equi-

pos destinados a la produccin de vapor debera llamrseles generador de vapor, a los que

calientan agua a menos de 100 C, calderas de agua caliente y, a los que entregan agua sobre

100 C, calderas de agua caliente presurizada.

2.2.- Partes principales de una caldera

Como el vapor se produce comunicando calor a una cierta cantidad de agua, es preciso

obtener primeramente el calor que ser requerido en dicha transformacin. Este calor se obtiene

por la combustin en un hogar de ciertos elementos apropiados que son los combustibles,

transmitiendo luego este calor hacia el agua.

El agua y el vapor a temperatura y presin elevadas van contenidos en un recipiente

denominado cuerpo de presin, el cual est dispuesto de manera que se logre la mxima

transmisin de calor al agua.

Las calderas o generadores de vapor han de estar instalados de modo apropiado y protegi-das contra la radiacin del calor al exterior, teniendo adems ciertos rganos o elementos

accesorios que permiten, por ejemplo:

- conocer el volumen de agua y la presin del vapor

- reemplazar el agua vaporizada

- eliminar los residuos de vaporizacin

De todo esto se deduce que al enfrentar el estudio de una unidad generadora de vapor

se deben considerar tres elementos principales.

- El sistema de combustin.- El cuerpo de presin.

- El sistema de control.

2.2.1.- El sistema de combustin

Toda instalacin destinada a quemar un combustible est compuesta de tres partes prin-

cipales: el hogar, los ductos de humo y la chimenea.

2.2.1.1 El hogar

Tambin llamado fogn, es el espacio destinado a quemar el combustible. Para el caso

de hogares que queman combustibles slidos, en ste se pueden distinguir dos partes, la cmara

de combustin o caja de fuego y el cenicero, estando ambos espacios separados por la parri-

lla.

Misael Fuentes Par

UACh 2


12/34

1

En la cmara de combustin se producen los gases calientes y en el cenicero se recogen

los residuos de la combustin, adems por el cenicero ingresa a la cmara de combustin a tra-

vs de la parrilla el aire primario necesario para la combustin.

Los distintos tipos de hogares se pueden clasificar desde varios puntos de vista:

a) Segn la posicin relativa hogar-caldera

- Hogar inferior, es el ms antiguo, su empleo es adecuado para combustibles de alto

poder calorfico y pocos productos voltiles.

- Hogar interior, es el que va embutido en la caldera, de modo que el calor irradiado

por ste es absorbido por las paredes de la caldera. Es apropiado para quemar com-

bustibles de elevado poder calorfico. Presenta la dificultad de poder obtener la

superficie de parrilla y volumen de hogar necesario en el caso de los combustibles

slidos.

- Hogar delantero o antehogar, puede emplearse con casi todos los tipos de calde-

ra. Es apropiado para quemar combustibles de poca potencia calorfica, pero ricos

en materias voltiles. Presenta el inconveniente de tener una gran superficie de ra-

diacin de calor que no se utiliza, a menos que se trate de un antehogar de paredes

refrigeradas. Esto ltimo tambin hace posible el uso de combustibles de mayor

poder calorfico que de lo contrario destruyen rpidamente la albailera refracta-

ria de hogar.

b) De acuerdo al estado fsico del combustible empleado se puede

distinguir entre:

- Hogares para combustible slido

- Hogares para combustible lquido

- Hogares para combustible gaseoso

c) Segn la forma de alimentar el combustible se distingue entre:

- Hogares de carga manual

- Hogares mecnicos

- Hogares para combustibles slidos

El combustible slido se puede quemar en hogares de carga manual o bien en hogaresde carga mecnica, emplendose los hogares de carga manual exclusivamente para combusti-

ble slido. Estos hogares estn constituidos por una parrilla que puede ser plana o inclinada y

tener o no un mecanismo que permita abrir los espacios libres entre las parrillas para poder sacar

con mayor facilidad la escoria. Aqu el combustible sufre simultneamente los procesos de

destilacin, gasificacin y combustin, de manera que el buen aprovechamiento depende

especialmente del operador.

Misael Fuentes Par

UACh 2


13/34

1

En los hogares mecnicos el combustible llega a la parrilla automticamente, lo que

presenta una serie de ventajas sobre los hogares de carga manual.

- Posibilidad de emplear combustibles de inferior calidad.

- Adaptacin fcil y segura a las necesidades de funcionamiento de la caldera.

- Mejor control sobre el proceso de combustin.

Considerando la forma de alimentacin del hogar mecnico para combustible slido

se puede diferenciar entre:

- Hogar de parrilla mvil

- Hogar de alimentacin superior

- Hogar de alimentacin inferior

- Hogar de proyeccin

- Hogar de carga superior para astillas de madera

Hogar de parrilla mvil

Los barrotes de la parrilla van montados sobre una cadena, formando una cinta sin fin

que accionada por un motor elctrico y un mecanismo de engranaje, puede avanzar a veloci-

dad regulable a voluntad, segn el combustible usado, las necesidades del hogar, etc..

Hogar de parrilla mvil

El combustible llega a la parrilla por medio de una tolva y avanza con la parrilla, hastaque cuando alcanza la parte final del hogar, la combustin se ha realizado completamente.

Algunas parrillas mviles tienen un sistema separador de escorias, que son nada ms que una

serie de tacos basculantes al final de la parrilla que impide que caiga combustible al cenicero y

slo dejan caer escoria.

Hogar de alimentacin superior

Misael Fuentes Par

UACh 2


14/34

1

En estos hogares el combustible es colocado en forma mecnica en la parte alta de

una parrilla inclinada, de donde baja debido a su propio peso y en algunos casos a un mo-

vimiento vibratorio de la parrilla.

En la regin este tipo de hogares es bastante usado, incluso con carga manual,

para quemar desecho de madera con muy buenos resultados.

Hogar de alimentacin superior

Hogar de alimentacin inferior

El combustible, normalmente carbn, se introduce por debajo del lecho de combustible,

de esta forma las materias voltiles productoras de humo destilan debajo de la zona de

combustin activa, pasan a travs del lecho incandescente y arden en una zona de alta tempe-

ratura. Como el lecho de combustible es de gran espesor es imprescindible el uso de un tiro

forzado.

El combustible procedente de la tolva es empujado hacia una retorta en forma de canal,

mediante un sistema de tornillo sin fin o bien, mediante pistones; as desde el fondo de la re-

torta el carbn nuevo va subiendo a la superficie durante la combustin, alimentando la pa-

rrilla.

Este tipo de hogar tiene aplicacin en la regin con astillas de madera en vez

Misael Fuentes Par

UACh 2


15/34

1

de carbn, entregando excelente resultados.Hogar de alimentacin inferior

Hogar de proyeccin

Tambin es una solucin para la combustin de carbn. Aqu el combustible se lanza

al hogar por la accin de un impulsor rotativo, siendo posible la regulacin de la canti-

dad de combustible con un dosificador rotativo de velocidad variable.

Hogar de proyeccin

Normalmente la parrilla est constituida por varias secciones longitudinales,

cada una de las cuales tiene su propio alimentador.

Hogar de carga superior para astillas de madera

Es muy utilizado en la regin, bsicamente se trata de un antehogar seco, apto para que-

mar astillas de madera con alto contenido de humedad, lleva una parrilla fija, plana o con muy

poca inclinacin, sobre la cual se deja caer el combustible desde lo alto, de manera que se forma

Misael Fuentes Par

UACh 2


16/34

1

Caldera con antehogar para alimentacin de astillas de madera

un cono, este arde ayudado por el 1ingreso lateral y por debajo de la parrilla del aire necesario

para la combustin.

Hogares para combustibles liquido o gaseoso

En general son mucho ms sencillos que los hogares para combustibles slidos, se

pueden adaptar a todo tipo de caldera, siendo el ms empleado, el hogar interior. Como la

combustin de los lquidos y de los gases es casi perfecta, prcticamente no deja residuos, el

hogar para quemarlos es bsicamente una cmara de combustin la que lleva en su entrada un

aparato llamado "quemador" que permite pulverizar el combustible mezclndolo con la cantidad

de aire necesario para la combustin.

La pulverizacin del combustible lquido puede lograrse de tres maneras:

- pulverizacin por aire comprimido

- pulverizacin por vapor

- pulverizacin mecnica

De estos tres sistemas el que entrega mejores resultados en la prctica, considerando fun-

damentalmente el factor costo, es la pulverizacin mecnica. Estos logran pulverizar el fuel-oil

o el kerosene pasndolo a travs de una tobera mediante una bomba que le entrega una presin

determinada. Normalmente el combustible se precalienta antes de pulverizarlo

En los quemadores de gas, el sistema es an ms simple y slo requiere normalmente

de un reductor de presin a la llegada del quemador ya que generalmente las lneas de canali-

zacin operan con presiones sobre las requeridas.

Misael Fuentes Par

UACh 2


17/34


18/34

1

3.2.1.3.- La chimenea

El ltimo conducto de humo termina en el canal de acceso a la chimenea. Este canal

se eleva lentamente hacia la chimenea y est dispuesto de modo tal que protege a los gases

contra la radiacin, pues de lo contrario se perjudica el tiro.En este canal se ubica el "regulador de tiro" que puede ser una compuerta o bien una

chapa giratoria. Todos estos aparatos puede accionarlos manualmente el operador, o bien

pueden ser accionados automticamente por un servomotor.

La chimenea sirve tanto para dar salida a los gases de la combustin como para pro-

porcionar el tiro necesario para que sta se produzca de modo continuo, haciendo ingresar aire

nuevo al hogar de la caldera. Esta circulacin se establece gracias a la diferencia de densi-

dades entre los gases calientes y el aire fro. El tiro es mucho ms potente cuando mayor sea la

temperatura de los gases en la chimenea, pero esta tiene una limitacin en virtud del buen apro-

vechamiento. Una buena temperatura en los gases de la chimenea est alrededor de los 200

a 250 C, no menos porque se producen problemas de condensacin en los humos y no ms por-

que se estara perdiendo calor innecesariamente.

3.2.2.- El cuerpo de presin

Previo al estudio del cuerpo de presin o caldera especficamente, es decir del

recipiente que contiene el agua a vaporizar o calentar. es necesario definir algunos concep-

tos que son comunes para todo tipo de calderas.

- Superificie de calefaccin: Es la zona de las paredes de la caldera que esta sometida di-

rectamente a la accin de los gases calientes por un lado y al agua por el otro lado, medida

por el lado de la plancha en contacto con los gases calientes y expresada normalmenteen m

2

- Intensidad de vaporizacin: Corresponde a la cantidad de vapor en kg que produce 1

m2

de superficie de calefaccin en 1 hr., es decir, es la cantidad de agua en kg que se vaporiza

por hora y por m2

de superficie de calefaccin

En el cuerpo de presin de una caldera se pueden distinguir dos partes principales:

- cmara de agua

- cmara de vapor

Recibe el nombre de cmara de agua el espacio que ocupa el agua en el interior de la

caldera. El nivel de agua de la caldera lo fija el fabricante, de manera que a cada unidad le co-

rresponde una capacidad fija, la cual forma la cmara de agua.

Misael Fuentes Par

UACh 2


19/34

1

Segn la razn que existe entre la capacidad de la cmara de agua y la superficie de

calefaccin se distingue entre:

- calderas de gran volumen de agua

- calderas de mediano volumen de agua

- calderas de pequeo volumen de agua

- Las calderas de gran volumen de agua son las ms sencillas y de construccin ms anti-

gua. Se componen de uno o dos cilindros unidos entre s. Tienen una capacidad superior a 150

lts de agua por cada m2

de superficie de calefaccin.

- Las calderas de mediano volumen de agua est n provistas de varios tubos de humo y tam-

bin de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la superficie de calefaccin sin aumen-

tar el volumen de agua. Tienen una capacidad entre 70 y 150 lts/m2

s.c..

- Las calderas de pequeo volumen de agua estn formadas por numerosos tubos depequeo dimetro, con lo cual se aumenta considerablemente la superficie de calefaccin.

Tienen una relacin inferior a 70 lts/m2

s.c..

Las calderas de gran volumen de agua se caracterizan debido a que:

- mantienen ms o menos constante la presin y el nivel de agua.

- son ms lentas en el encendido.

- producen poco vapor a causa de su pequea superficie de calefaccin.

- son poco econmicas

- son muy peligrosas en caso de explosin

- tienen una produccin de vapor que va de 12 a 15 kg de vapor por hora y por m2

de

superficie de calefaccin.

Las calderas de pequeo volumen de agua en cambio:

- son muy rpidas en producir vapor

- producen gran cantidad de vapor

- tienen buen rendimiento

- son muy delicadas con la alimentacin de agua y regulacin de la presin.

- tienen una produccin de vapor que va de 30 a 60 kg de vapor por hora y por m2

de

superficie de calefaccin.

La cmara de vapor es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en

ella se separa del vapor el agua que lleva en suspensin.

Se hace referencia tambin en muchos casos a la llamada cmara de alimentacin

de la caldera, sta corresponde al espacio limitado por el nivel de agua mnimo y el mximo en

la caldera.

Clasificacin de las calderas

Misael Fuentes Par

UACh 2


20/34


21/34


22/34

2

Caldera a lea, tipo escocesa de 1500 kg vapor/hr

2.2.3.- Sistema de control

El sistema de control de una caldera no es ms que una serie de accesorios que son

necesarios para el control y buen funcionamiento de la caldera.

Cada uno de los accesorios tiene una funcin especfica que cumplir cuando el equipo

est en servicio. El Operador de Caldera debe conocer cada accesorio, la funcin que cumple y

lo que indica cada uno de ellos.

En general los accesorios de una caldera permitirn:

- conocer el volumen de agua de la caldera

- conocer la presin de vapor

- reemplazar el agua vaporizada

- eliminar los residuos de vaporizacin

- controlar todo el proceso

- lograr un mejor aprovechamiento de la energa contenida en el combustible.

Los accesorios de una caldera se pueden clasificar como sigue:

a) Accesorios de observacin

- Indicadores de nivel de agua - tubos de nivel

- grifos de prueba

Misael Fuentes Par

UACh 2


23/34

2

- Indicadores de presin - manmetros

- altmetros

- Indicadores de temperatura - termmetros

- termocuplas

- Indicador de gases de combustin - indicador de CO

- indicador de CO2- indicador de O2

- Indicadores de produccin de vapor

- Indicadores de consumo de combustible

- Indicadores de consumo de agua

b) Accesorios de seguridad

- Vlvulas de seguridad - de resorte

- de contrapeso

- Alarmas - acsticas

- visuales

- Tapone fusible

c) Accesorios para alimentacin de agua

- Bombas - centrifugas

- de mbolo

- Inyectores - manuales

- automticos

d) Accesorios de limpieza

- Puertas de inspeccin - tapas de registro

- puertas hombre

- Llaves de purga - Vlvula de extraccin de fondo

- Vlvula de extraccin de superficie

Misael Fuentes Par

UACh 2


24/34

2

- Accesorios varios - Sopladores de holln

- Limpiatubos mecnicos

- Atizadores

- Rastrillos- Escoreadores

- Barrotes

- Escobillas limpiatubos

e)Accesorios de alimentacin de combustible

- Quemadores de combustible lquido

- De petrleo

- De aceite

- De kerosene

- Quemadores de combustible gaseoso

- Quemadores de combustible slido

- De carbn

- De aserrn

f)Accesorios para mejorar la eficiencia

- Economizadores

- Calentadores de aire

- Retardadores

g) Accesorios para control del grado de recalentamiento

- Recalentadores - Integrales

- De fuego separado

- Saturadores

h) Accesorios de control automtico

- Controlador de presin o presostato

- Controlador de temperatura o termostato

- Controlador de nivel de agua

Misael Fuentes Par

UACh 2


25/34


26/34


27/34


28/34

2

- El enfriador debe revisarse peridicamente para evitar acumulacin de sedimento

que pueda impedir el libre paso del vapor.

- Debe eliminarse cualquier filtracin en la lnea de conexin del manmetro para evitar

indicaciones falsas.

- Se debe tener la precaucin de que el dimetro del manmetro sea el adecuado al tamao de

la caldera.- Peridicamente debe controlarse el funcionamiento del manmetro, en especial su calibra

cin.

Manmetro montado en un sifn enfriador

No se debe mantener en servicio un manmetro cuando presente alguno de los si-

guientes defectos:

- Falta de vidrio o vidrio quebrado.

- Nmeros de la esfera borrados.

Misael Fuentes Par

UACh 2


29/34


30/34


31/34


32/34


33/34


34/34

Calderas y generadores de vapor.pdf

Documents

Transcript of Calderas y generadores de vapor.pdf