Instalaciones termomecánicas

7/16/2019 Instalaciones termomecánicas

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRESSECRETARÍA DE CULTURA Y EXTENSIÒN UNIVERSITARIA

TÉCNICO SUPERIOR EN NEGOCIACIÓN DE BIENES

Carrera corta universitaria aprobada en el Consejo Superior de la UTN (Ordenanza 950,27/06/02), conforme a los requisitos de la ley nacional 25028 para el ejercicio legal demartilleros y corredores.Carrera de validez nacional aprobada en el ministerio de educación de la Nación (Res. 161/03)En convenio con:Centro de Martilleros, Corredores, gestores y afines de Argentina

Asignatura 4

Establecimientos Industriales

Modulo 4.2: Máquinas, equipos e instalaciones

Apunte 7INSTALACIONES TERMOMECÁNICAS

Profesor: Ingeniero Daniel Troncoso.

Año: 2005



INSTALACIONES TERMOMECÁNICAS

Indice

Instalación de fuel oil 3

Instalación de gas natural 4

Generadores de vapor 6

Calderas humotubulares 6

Instalación de vapor 7

Calderas acuotubulares 8

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INSTALACIÓN DE FUEL-OIL

La instalación comienza con un tanque de almacenamiento calefaccionado por vapor hasta

aproximadamente 40 ºC a los efectos de disminuir la viscosidad del fuel-oil y garantizar su correctafluidez, el combustible ingresa por la parte superior al tanque y egresa por la parte inferior tal comosucede en tanques de agua. La serpentina de vapor se instala en la parte inferior del tanque demanera de establecer una circulación entre el fluido más frío y el de mayor temperatura que tiende ahomogeneizar la fluidez del mismoLuego por medio de una cañería aislada térmicamente se atraviesan las paredes de contención, estasestán diseñadas para prevenir, por un lado que el tanque pudiera flotar en caso de inundaciones y por otro contener el combustible en caso de derrames e incluso de incendios, por supuesto que estas paredes rodean completamente al tanque o al grupo de tanques a los que se les quiere brindar esta protección. A continuación la cañería pasa por el filtro de baja presión, el cual por medio de unmallado le quita las impurezas al combustible, este filtro no es más que un recipiente, por lo generalcilíndrico que obliga al líquido a circular a través de una malla apropiada quitándole impurezas queson normales en este tipo de combustibles y que podrían deteriorar los equipos que se hallan acontinuación, en especial bombas y toberas . Nótese que antes y después del filtro hay válvulas que permiten tanto un rápido accionar en caso de emergencia, como disminuir el tiempo de reemplazode los equipos en caso de desperfectos, estas válvulas son de un cuarto de giro justamente paraagilizar su accionamiento. En todos los equipos van a notar que se repite la colocación de válvulasque persiguen los mismos objetivos anteriores y aseguran el suministro de combustible que en todoslos casos es critico en las industrias.A continuación están las bombas que son a engranajes, lo que las hace óptimas por la viscosidad delfluido, con ellas se eleva la presión a los valores necesarios para su utilización final. El hecho deque sean dos es por previsión ante fallas de una de ellas o para efectuar mantenimiento.La instalación continúa con una válvula de retención que no permite el retroceso del fluido ni la baja de presión que se ha logrado con las bombas. Las válvulas de retención son un dispositivosencillo que solo permite el paso de líquido en un sentido por medio de una clapeta ubicada en elinterior de un elemento similar a un pequeño tramo de caño.Luego se vuelve a calentar el fluido hasta alcanzar aproximadamente 100 ºC para optimizar elfuncionamiento de las toberas.Más adelante encontramos la estación reguladora de presión que permite la regulación automáticade la presión o en caso de desperfectos en la válvula principal con una válvula manual.La regulación de temperatura y presión en estas instalaciones son de vital importancia ya que estosfactores son los que optimizan el funcionamiento de las toberas y la eficiencia de la combustión.Se vuelve a filtrar con un filtro de malla más fina (de alta presión) y luego las válvulas pilotosregularan el fuego.Obsérvese que existe un retorno previo al filtro de alta presión que ante la provisión en exceso delcombustible lo reingresa hacia la entrada de las bombas.

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Vapor

PF. Alta

100ºC Ret.

Vapor

Válvula de

Seguridad

F. baja

INSTALACIÓN DE GAS NATURAL

Este tipo de instalación es bastante más sencilla que la de fuel-oil y presenta en su inicio unaválvula interruptora del paso de gas desde la línea exterior, a continuación se encuentra un filtro de baja presión que además de las impurezas normales en cañerías puede eliminar tanto polvos comoagua.El diagrama continúa con una estación reguladora de presión que para dar rápida solución a fallasen la misma se encuentra repetida a los efectos de intercambiar una con otra en caso de

desperfectos. A la salida de estas se encuentran las válvulas de seguridad que ante excesos de presión ventean el gas a los cuatro vientos en lugares seguros y apropiados, es normal que en zonasdensamente pobladas estas válvulas se reemplacen por controladores de presión que cortan el pasode gas cuando la presión pasa los valores preestablecidos.Luego se mide el caudal consumido de gas por medio de una placa orificio la que en forma indirectay por medio de la aplicación de una ecuación nos da el caudal. Para los consumos industrialesdespués de la placa orificio se mide la energía consumida por medio de un calorímetro con lo cualse sabe cuantas calorías tenía cada m3 consumido.

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A continuación se vera el filtro de alta presión que tiene un mallado más fino que el anterior y por último las válvulas piloto que en forma automática abastecen a la tobera por lo general del horno ocaldera.

F. baja Calorímetro F. de alta

Placa orificio

Seguridad

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GENERADORES DE VAPOR

Calderas humotubulares

El principio de funcionamiento de estas calderas es el de hacer pasar gases de combustión a travésde caños, los cuales atraviesan un recipiente al que se llena de agua, transfiriendo de esta manera el

calor hacia el agua y logrando evaporarla en la superficie del líquido.Esquemáticamente lo podemos representar de la siguiente manera:

Cámara deescape de gases

Domo

Agua

Aire

Combustible

Cámara decombustión

Chimenea

Los principales elementos constituyentes de una caldera de este tipo son: cámara de combustión,cuerpo de la caldera, cámara de escape de gases, domo, chimenea.

La cámara de combustión es donde se encuentran el combustible y el oxígeno del aire paracombustionar. El combustible puede ser líquido (fuel-oil) gaseoso (gas natural) o sólido, por ejemplo aserrín o también madera o papeles por lo general previamente molidos.En el cuerpo de la caldera se produce el ingreso de agua que es regulada por medidores de nivel que pueden ser de distintos tipos. Este sector es atravesado por los caños por los que escurren los gasescalientes de la combustión, transfiriéndole esa energía al agua que los rodea.Si cortásemos la caldera en su parte media veríamos lo siguiente:

Agua

La cámara de gases es el lugar donde los gases salen del cuerpo principal, los que son dirigidoshacia la chimenea. Por lo general este sector tiene una tapa avisagrada y abulonada en donde serealiza la evacuación de cenizas para el caso en que se usa combustible sólido.

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El domo es el sector en donde se produce la generación de vapor propiamente dicha. Sobre lasuperficie del líquido que se presenta en el domo aflora el vapor donde es acumulado y enviado através de cañerías al punto de utilización.La chimenea es el lugar donde los gases de combustión son expulsados al medio ambiente, por loque su altura tiene relación con que estos gases no caigan rápidamente en el entorno y le den lugar adisiparse en la atmósfera. Por lo general las chimeneas cuentan con sistemas de depuración de

gases, como puede ser contralavado de agua, filtros o filtros catalíticos, a los efectos de proteger elmedio ambiente.Estas calderas son aptas para bajas presiones y volúmenes de vapor ya que en esas condiciones sonde un bajo costo de construcción. Es de destacar el riesgo que implica que la caldera se quede siagua, ya que en ese caso la caldera explota debido a la expansión de los gases en su interior. Por su puesto que existen sensores para que esto no ocurra, pero si el mantenimiento no es el adecuado elriesgo existe y se potencia.

Instalaciones de vapor

Las instalaciones de vapor son de caño de hierro negro y están protegidas por un cilindro construidocon dos medias cañas, generalmente de lana de vidrio, y que es sostenido al caño por una coberturacilíndrica también de chapa de aluminio.Esta protección es al efecto de evitar pérdidas de energía y, por lo tanto, un costo adicional.Por medio de esta cañería se lleva el vapor hasta los lugares de consumo. Existen dos tipos dedispositivos que son muy importantes en las instalaciones para vapor:Uno de ellos es la purga de condensado; el condensado es el vapor que por pérdida de energía setransforma en agua, estas purgas acumulan el condensado y lo evacuan en forma periódica por lo

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general reenviándolo a la caldera, si dejásemos este líquido en la caldera el vapor le entregaríaenergía para calentarlo produciendo pérdidas innecesarias.El segundo dispositivo es la purga de aire; éste tiene gran importancia ya que por su diferencia de peso con el vapor el aire produce deterioros en la instalación. Su funcionamiento básicamente setrata de ventear el aire hasta tanto la instalación alcance la temperatura mínima que garantice lacorrecta evacuación.

Es de destacar que existe otra cañería que es la del retorno del condensado a caldera que colecta ellíquido de los puntos de utilización y de las purgas correspondientes, ya que al quitarle la energía elvapor se trasforma en agua líquida y esto a su vez le resta energía al vapor.La importancia de esto está dada por un lado para no tirar un agua que por lo general tienetratamientos químicos de ablandamiento y antiincrustantes, y por el otro para no desperdiciar laenergía que aún le queda al agua, ya que pese a estar líquida no está fría.En la instalación de la caldera se encontrarán válvulas de seguridad o escape que protegen desobrepresiones, sensores de nivel de agua, de temperatura y de presión, con los que se controla elfuncionamiento y la seguridad.

Lo visto en este tipo de calderas es solo una simplificación que solo se da en calderas elementales.En realidad existen muchas variantes sobre este sistema principal pero de esta forma podemos

visualizar más claramente el funcionamiento.

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Calderas acuotubulares

Por supuesto que el objetivo de estos equipos es el de generar vapor, por lo que es importanteseñalar que las prestaciones para las que fueron diseñadas son distintas que la de las calderashumotubulares. Los volúmenes de vapor producidos son mucho mayores, la presión que se puedealcanzar también es mucho mayor y tienen una respuesta ante cambios de demanda.

Estos equipos aunque pueden llegar a ser autoportantes en general se montan en planta ya quetienen dimensiones mucho más importantes que las humotubulares.Por supuesto que los costos de estas calderas son mucho mayores que en el caso anterior, esto secompensa con el hecho de que la eficiencia en la producción de vapores es mucho mayor, ademásde las prestaciones descriptas anteriormente.Otra ventaja que surge del principio de accionamiento es que las posibilidades de que se produzcanexplosiones son casi nulas y sólo se limitan a errores de operación que por lo general se dan alalimentar la caldera con combustible encendiéndolo en forma tardía.Para que tengan una idea gráfica del aspecto de estos equipos es importante saber que susdimensiones pueden ser equivalentes a un edificio de 12 a 14 pisos, aunque por supuesto pueden ser menores.A continuación describiré una caldera de este tipo que luego será graficada.Podemos decir que si nos situamos en una habitación e imaginas que las paredes están revestidascon caños verticales, los cuales se comunican por el techo y por el piso con un tanque superior yotro inferior situados en una arista horizontal de la misma pared de la habitación, tendremos unagran aproximación de los que es el hogar de una caldera.

Hogar

Lo que faltaría es una serie de caños verticales que unen los dos tanques mencionados, estos cañosse llaman haz de convección, gráficamente se podría representar de la siguiente forma.

Al tanque superior lo llamaremos domo superior y al inferior domo inferior. El diseño puedecambiar, aunque básicamente el gráfico anterior alcanza para comprender cómo son estos equipos.Otra representación común es con dos domos inferiores.

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Es obvio conjeturar que tratándose de una caldera los caños se hallan circulados por agua, la cualingresa por el domo inferior, ya sea como agua propiamente dicha o como retorno de condensado.Por la parte superior del domo se colecta el vapor.El sector que queda en medio de esta “jaula de caños” se llama hogar, y es el lugar en donde se produce el fuego. Este fuego tiene origen en combustibles que pueden ser sólidos (aserrín, carbón o papel, siempre finamente divididos), líquidos (por lo general fuel oil) o gaseosos (gas natural).Como a toda combustión, ésta es acompañada por el ingreso de aire al hogar.

Esta instalación se encuentra revestida exteriormente por una mampostería de ladrillos refractarios.Lo que aumenta la eficiencia, pues sino los gases de combustión escaparían al exterior sin transmitir su energía.El fuego del hogar transmita el calor a los caños y al agua, la cual comienza a circular debido a queel agua fría tiene mayor densidad y la caliente menor densidad. Cuano la caldera está en régimen defuncionamiento sobre la superficie del líquido que se halla en el domo superior comienza lageneración de vapor.En cuanto a las instalaciones, vale todo lo dicho para calderas humotubulares.

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