Caldera (máquina)De Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda

Calderas de gasóleo.

Una caldera es una maquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en 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.

Las calderas son un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:

Esterilización (tindarización), es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos así como para la elaboración de alimentos en marmitas.

Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petroles pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.

Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.

Contenido

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1 Historia 2 Tipos de caldera 3 Elementos, términos y componentes de una caldera 4 Véase también 5 Enlaces externos

Historia

Cuando James Watt observó que se podría utilizar el vapor como un fuerza económica que remplazaría la fuerza animal y manual, se empezó a desarrollar la fabricación de calderas, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias.

Las primeras calderas tenían el inconveniente que los gases calientes estaban en contacto solamente con su base, y en consecuencia se aprovechaba mal el calor del combustible. Debido a esto y posteriormente se le introdujeron tubos, para aumentar la superficie de calefacción. Si por el interior de los tubos circulan gases o fuego, se les clasifican en calderas pirotubulares (tubos de Humo) y calderas acuotubulares (Tubos de agua).

Tipos de caldera

esquema de una caldera acuotubular

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

Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula gases a alta temperatura producto de un proceso de combustión.

Elementos, términos y componentes de una caldera

Agua de alimentación : Es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red con algún tratamiento químico como la desmineralización.

Agua de condensado : Es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor.

Vapor seco o sobresaturado : Vapor de óptimas condiciones. Vapor húmedo o saturado : Vapor con arrastre de espuma proveniente de una agua

de alcalinidad elevada. Condensador : Sistema que permite condensar el vapor. Estanque de acumulación: Es el estanque de acumulación y distribución de vapor. Desaireador : es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera. Purga de fondo: Evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera. Purga de superficie: Evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la

caldera. Fogón o hogar: Alma de combustión del sistema. Combustible : Material que produce energía calórica al quemarse. Agua de calderas: Agua de circuito interior de la caldera cuyas características

dependen de los ciclos y del agua de entrada. Ciclos de concentración: Número de veces que se concentra el agua de caldera

respecto del agua de alimentación. Alcalinidad: Nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una

concentración de iones carbonatos e hidróxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11.5.

Desoxigenación: Tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas. Incrustación: Sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o

amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.

Dispersante: Sistema químico que mantiene los sólidos descohesionados ante un evento de incrustación.

Antiincrustante: Sistema químico que permite permanecer a los sólidos incrustantes en solución.

Anticorrosivo: Sistema químico que brinda protección por formación de films protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.

Corrosión: Véase Corrosión Indice de vapor/combustible: Indice de eficiencia de producción de vapor de la

caldera.

Véase también

Caldera de condensación radiador domótica sobrecalentador economizador precalentador generador de vapor

Una caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en 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.

Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:

Esterilización, es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos.

Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petroles pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.

Generar electricidad a través de de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.

Tipos de caldera

Caldera Acuotubular.

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

Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula fuego y gases producto de un proceso de combustión.

Intercambiador de calor

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Sección de un intercambiador de calor tipo U.

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera sólida o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.

Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido refrigerante, calentado por la acción del motor, se refrigera por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo. Simon Singh (1998) describe los diferentes tipos de intercambiadores de calor.

Transmisión de calor por conducción [editar]

La conducción es la forma en que tiene lugar la transferencia de energía a escala molecular. Cuando las moléculas absorben energía térmica vibran sin desplazarse, aumentando la amplitud de la vibración conforme aumenta el nivel de energía. Esta vibración se transmite de unas moléculas a otras sin que tenga movimiento alguno.la transferencia de calor por difusión de electrones o vibración de fotones

Transmisión de calor por convección [editar]

Cuando un fluido circula en contacto con un sólido, por ejemplo por el interior de una tubería, existiendo una diferencia de temperatura entre ambos, tiene lugar un intercambio de calor. Esta transmisión de calor se debe al mecanismo de convección.El calentamiento y enfriamiento de gases y líquidos son los ejemplos más habituales de transmisión de calor por convección. Dependiendo de si el flujo del fluido es provocado artificialmente o no, se distinguen dos tipos: convección forzada y convección libre (también llamada natural). La convección forzada implica el uso de algún medio mecánico, como una bomba o un ventilador, para provocar el movimiento del fluido. Ambos mecanismos pueden provocar un movimiento laminar o turbulento del fluido.

Tipos de intercambiadores de calor [editar]

Dada la multitud de aplicaciones de estos dispositivos, se puede realizar una clasificación dependiendo de su construcción. Para la elección del mismo se consideran aspectos como tipo de fluido, densidad, viscosidad, contenido en sólidos, límite de temperaturas, conductividad térmica, etc.

De placas: formados por un conjunto de placas de metal corrugadas (acero inoxidable, titanio, etc.) contenidas en un bastidor. El sellado de las placas se realiza mediante juntas o bien pueden estar soldadas.

Tubulares: formados por un haz de tubos corrugados o no, realizado en diversos materiales. El haz de tubos se ubica dentro de una carcasa para permitir el intercambio con el fluido a calentar o enfriar.

Tubo aleteado: se compone de un tubo o haz de tubos a los que se sueldan aletas de diferentes tamaños y grosores para permitir el intercambio entre fluidos y gases. P. ej., radiador de un vehículo.

Superficie rascada: muy similar al tubular, con la particularidad de ubicar dentro del tubo un dispositivo mecánico helicoidal que permite el paso del fluido que, por sus características, impide un trasiego normal con los medios de bombeo habituales

La Temperatura absoluta es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala iniciada en el cero absoluto (−273,15 °C . Véase: tercera ley de la termodinámica), se trata de uno de los parámetros principales empleados extensamente en termodinámica y mecánica estadística. Se representa generalmente en kelvin con el símbolo K (nunca ºK). Además, su nombre no es el de "grado Kelvin" sino simplemente "kelvin"; no se dice "19 grados Kelvin" sino "19 kelvin" o "19 K".

Relativas

Sistema Internacional

Grados Celsius (toma 100 divisiones entre los puntos de congelación (0) y evaporación (100) del agua)

Sistema Imperial

Grados Fahrenheit (toma divisiones entre los puntos de congelación y evaporación de disoluciones de cloruro amónico). Es una unidad arcaica e internacionalmente se acordó desplazarla progresivamente.

Otras

Grados Réaumur (usada para procesos industriales específicos, como el almíbar)

La entalpía (simbolizada generalmente como "H", también llamada contenido de calor, y calculada en Kj/kg en el sistema internacional de unidades o también en Kcal/kg o, sino, dentro del sistema anglo: "BTU/lb"), es una variable de estado, (que sólo depende de los estados inicial y final) que se define como la suma de la energía interna de un sistema termodinámico y el producto de su volumen y su presión.

La entalpía total de un sistema no puede ser medida directamente, al igual que la energía interna, en cambio, la variación de entalpía de un sistema sí puede ser medida experimentalmente. El cambio de la entalpía del sistema causado por un proceso llevado a cabo a presión constante, es igual al calor absorbido por el sistema durante dicho proceso.

La entalpía se define mediante la siguiente fórmula:

Donde:

U es la energía interna. p es la presión del sistema. V es el volumen del sistema.

ENTROPÍA

En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. En un sentido más amplio se interpreta como la medida de la uniformidad de la energía de un sistema. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o transformación.

PROCESO DE PRODUCCION DE CALDERAS DE VAPOR "CONTINENTAL"

Las calderas de vapor marca Continental son producidas en su totalidad en sus instalaciones localizada en la Zona Industrial de los Alamos en el municipio de Engativá.

La primera etapa en la fabricación de las calderas es el trazado sobre planchas planas de acero al carbono de las partes que conforman la caldera y el corte de las mismas por medio de oxi-corte o plasma. El vaso de presión se elabora con láminas fabricadas y certificadas según las normas ASTM 285 Gr. C y ASTM 515 Gr. 70 o ASTM 516 Gr.70, en espesores adecuados a las presiones de trabajo. Las partes para la caldera tales como puertas, caja de ventilador, retorno de gases, salidas de humo se elaboran en lámina no certificada Gr. 36 o ASTM 283.

Las láminas que conforman el cilindro exterior del vaso de presión y la cámara de combustión se curvan a tamaño en una roladora de rodillos y se sueldan manualmente. Las láminas que conforman los placa porta tubos se perforan por medio de un taladro radial. El conjunto compuesto por el cilindro exterior, la cámara de combustión y las placas porta tubos se ensamblan por medio de soldadura de arco aplicada manualmente. Las soldaduras se inspeccionan visual y radiometricamente de acuerdo a las exigencias del Código ASME, Sección VIII. Los electrodos empleados para soldar el vaso de presión son de fabricación nacional y de acuerdo a los fabricantes cumplen con las normas pertinentes para las soldaduras de las clases AWS, 6010, 6013, 7018 y 7024.

El vaso de presión, despues de haberle colocado y soldado todas las uniones para conexión de accesorios, se coloca en el horno de normalización con el fin de someterlo a un alivio de los esfuerzos térmicos residuales producidos por las soldaduras.

Una vez normalizado el vaso de presión, los orificios para instalación de los tubos de humo se riman a tamaño exacto y se esmerilan para eliminar rugosidades producidas por los procesos anteriores. Simultaneamete se cortan los tubos a tamaño y se procede a fijarlos a las placas porta tubo mediante expandido y rebordeado. El vaso de presión así terminado se somete a una prueba hidrostática de acuerdo a los requisitos

establecidos en el codigo ASME, para determinar su estabilidad mecánica y la calidad de las uniones.

Los tubos de humo empleados en el vaso de presión son fabricados y certificados segun las normas ASTM 178 Gr A. o ASTM A. 192

Las partes que componen los demas elementos constitutivos de la caldera son igualmente conformados mediante operaciones de rolado, oxicorte o corte por plasma, taladrado, cizallado, y se arman por medio de soldaduras por arco eléctrico para producir la puerta delantera, la puerta trasera, la salidas de gases, el quemador, el plato del quemador, el registro de aire, el pleno de aire, la caja de ventilador, la base para caldera, las compuertas intermedias, los soportes para los motores, los soportes para elementos auxiliares y las bisagras. Todas las partes anteriores se ensamblan para conformar la caldera. El ensamble final se hace uniendo las partes por medio de soldadura de arco eléctrico y con elementos de conexión mecánica tales como bisagras y uniones atornilladas.

Las partes de la caldera sometida al contacto con gases calientes y no refrigeradas por agua se protegen mediante morteros refractarios vaciados sobre las partes en cuestión. Las superficies calientes exteriores se aislan térmicamente con morteros aislantes o lana de fíbra de vidrio de acuerdo a las temperaturas a que estarán sometidas. Los aislamientos de fíbra de vidrio se protegen forrandolos exteriormente en lámina de acero laminada en frio protegida exteriormente contra la corrosión con pintura anticorrosiva y esmalte de acabado. Opcionalmente el forro exterior puede hacerse en lámina de acero inoxidable.

Las capas protectoras de pintura anticorrosiva y la pintura de acabado final se depositan sobre la superficie expuesta las cuales se someten previamente a un proceso de decapado y a un tratamiento de fosfatizado, manualmente con pistola neumática. La operación de protección exterior se extiende a todas las superficies metálicas exteriores y a las interiores de las puertas delanteras y del pleno de aire.

Ensambles Especiales.

Para suministrar y controlar el flujo de aire para combustión, la caldera se dota con un ventilador movido por un motor eléctrico incorporado a la puerta delantera o al pleno de aire.

Sistemas de combustible

Sobre la base de la caldera se instala el tren de combustible que según el caso puede estar compuesto por:

Calderas de aceite liviano ( ACPM o F.O. No. 2):

Filtro para combustible, motobomba para aceite con regulador de presión y retorno incorporado, manómetro de control, válvulas solenoide de piloto y válvula solenoide principal, boquillas de atomización de combustible, grifos manuales de corte para manómetro niples, accesorios para tubería, tubo de cobre flexible.

Calderas de aceite pesado (Crudos, H.F.O No. 5/6)

Filtro para combustible, motobomba para aceite pesado, precalentador eléctrico, precalentador de vapor, válvula reguladora de presión de aceite, válvula reguladora de presión de retorno, válvula reguladora de flujo de combustible, precalentador de línea; válvula reguladora de presión de vapor, vacuomanómetro de succión, manómetro de presión de atomización, boquilla de atomización de combustible, precalentador de línea, motocompresor para aire de atomización, válvula solenoide de corte de combustible, válvula solenoide de piloto, termóstato de recirculación, termóstato para combustible, manómetro de atomización y retorno, válvula solenoide para atomización de vapor, válvula solenoide para purga de lineas, grifos manuales de corte para manómetro, niples, accesorios de tubería, tubo de cobre flexible. Tubo de acero para vapor.

Calderas de gas natural o LPG

Válvula de corte manual, presóstato de mínima presión de gas, válvula solenoide de corte principal y de emergencia, válvula solenoide de descarga, válvula de regulación de flujo de gas, presóstato de seguridad de máxima presión de gas, grifos manuales de corte para manómetro, niples, accesorios de tubería Tubo de acero galvanizado para gas.

Sistema eléctrico y de control

Sobre un costado de la caldera se instala el tablero eléctrico de control y alimentación de energía a motores y circuitos de la caldera.

En caja metalica fabricada de acuerdo con las normas NEMA se ensambla el sistema de control y protección compuesto por el control electrónico de combustión, control eléctrico de mínimo nivel de agua así como los sistemas de protección por sobreintensidad, corto circuito y los elementos de comando de los motores y accesorios eléctricos.

Instalación de sistemas auxiliares.

Sobre las conexiones apropiadas del vaso de presión se instala el sistema mecánico por flotado para protección por bajo nivel de agua y comando de la bomba de alimentación de agua a la calera, el electrodo para el control eléctrico de mínimo nivel de agua, los presóstatos de límite y modulación de llama, el presóstado de flujo de aire, el motor de modulación, las válvulas de seguridad, las válvulas de entrada de agua a la caldera, el manómetro de presión de vapor o en las de agua caliente, el termóstato de operación y limite, mirillas de inspección, empaquetaduras en huecos para mano y hueco de acceso de hombre y las placas de identificación y serie de fabricación.

Ensamble eléctrico.

Todos los elementos se interconectan de acuerdo con el diagrama de alambrado eléctrico para obtener una unidad operacional.

Finalizada la interconección de todos los sistemas la caldera se prueba en la planta para ajustar el sistema, calibrar los controles y elementos de seguridad y determinar si la unidad opera dentro de los parámetros establecidos.