Plantas generadoras de vapor - calderasWILMER JOSÉ URRUTIA OROZCO.

Generalidades.

CALDERA

Caldera es un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua, mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor

GENERADOR DE VAPOR

Se llama así al conjunto o sistema formado por una caldera y sus accesorios. En la práctica se habla de "Calderas" refiriéndose a todo el conjunto o “Generador de vapor" por tal razón en adelante usaremos indistintamente ambos términos.

Plantas Generadoras de Vapor.

La generación de vapor para el accionamiento de las turbinas se realiza en instalaciones generadoras comúnmente denominadas calderas.

La instalación comprende no sólo la caldera propiamente dicha, sino, además, componentes principales y accesorios tales como:

Economizadores y chimeneas.Sobre calentadores y recalentadores.Quemadores y alimentadores de aire.Condensadores.Bombas y tanques de alimentación.Domos.

En la caldera propiamente dicha se produce el calentamiento, la evaporación y posiblemente el recalentamiento y sobrecalentamiento del vapor. La caldera puede incluir en su estructura alguno de los componentes citados.

CALDERA

Objetivos

Las calderas o generadores de vapor son dispositivos cuyo objetivo es:

Generar agua caliente para calefacción y uso general.

Generar vapor para plantas de fuerza, procesos industriales o calefacción.

Funcionamiento.

El principio de funcionamiento de una caldera es sencillo:

Se pretende evaporar agua y sobrecalentar el vapor obtenido mediante la energía liberada en una reacción de combustión.

Zonas de la Caldera

a) Zona de liberación de calor u hogar o cámara de combustión: Es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metálico.

INTERIOR

El hogar se encuentra dentro del recipiente metálico o rodeado de paredes refrigeradas por agua.

EXTERIOR

Hogar construido fuera del recipiente metálico.

Está parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua. La transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiación (llama - agua).

b) Zona de tubos: Es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por convección (gases - agua).

Está constituida por tubos dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

Principales Tipos de Caldera.

Aunque existen numerosos diseños y patentes de fabricación de calderas, cada una de las cuales puede tener características propias, las calderas se pueden clasificar en dos grandes grupos: calderas pirotubulares y acuatubulares

Calderas Pirotubulares

Se denominan pirotubulares por que los gases calientes procedentes de la combustión de un combustible, circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta bañado por el agua de la caldera.

PRINCIPIO. El combustible se quema en un hogar.

los gases resultantes, se les hace circular a través de los tubos.

En los tubos tiene lugar el intercambio de calor por conducción y convección.

Calderas Pirotubulares.

Calderas Acuatubulares.

El agua circula por el interior de tubos que conforman un circuito cerrado a través del calderín o calderines que constituye la superficie de intercambio de calor de la caldera.

Adicionalmente, pueden estar dotadas de otros elementos de intercambio de calor, como pueden ser el sobrecalentador, recalentador, economizador, etc.

Calderas Acuatubulares.

Principales Parte de la Caldera.

TAMBOR DE VAPOR: Es el lugar donde el agua y el vapor se separan. Aquí se encuentra la entrada de agua de alimentación, la cual entra bajo control de nivel.

CAJA DE SECADO: Es un compartimiento interno para colectar el vapor seco y distribuirlo a los tubos de salida al supercalentador.

TAMBOR DE LODOS: Los tambores de lodos son los cabezales de recolección en el fondo de los haces de tubos ascendentes y descendentes. De estos tambores de lodos se extrae la purga. La purga es el liquido que se extrae de la caldera para mantener baja la concentración de sólidos en el agua de la caldera.

VENTILADOR: Son los encargados de suministrar el aire para la combustión en las calderas de tiro forzado y de sacar los gases desde el hogar hacia la chimenea en las calderas de tiro inducido.

PRECALENTADOR DE AIRE: Es un intercambiador generalmente con vapor de baja presion que se condensa y retorna al sistema como agua de alimentación.

Principales Parte de la Caldera.

CALENTADOR DE AIRE: En esta parte se termina de darle temperatura al aire que va para la combustión intercambiando temperatura con los gases que vienen de la combustión.

ECONOMIZADOR: Es la parte de la caldera donde por intercambio de temperatura entre los gases de combustión y el agua de caldera se le baja temperatura a los gases de combustión y se le incrementa al agua de caldera para economizar combustible en el proceso de producir vapor y a su vez minimizar el impacto ambiental porque evitamos el aumento de la temperatura del medio ambiente.

CAJA DE AIRE: Es la parte por donde se conduce el aire que va del ventilador hacia los quemadores.

HOGAR DE LA CALDERA: Esta constituido por una serie de tubos que forman las llamadas paredes de agua que le dan la forma y encierran la zona radiante de la caldera pues allí el calor es transmitido principalmente por radiación.

Principales Parte de la Caldera.

QUEMADORES: Son los elementos de la caldera encargados de suministrar y acondicionar el combustible para mezclarlo con el aire y obtener una buena combustión. Deben producir una llama estable y uniforme de manera que se realice una cierta distribución en el hogar.

TUBOS DESCENDENTES: Los que bajan el agua más densa del tambor de vapor al tambor de lodos.

TUBOS ASCENDENTES: Son los tubos por donde sube el agua que a perdido densidad y va al tambor de vapor.

SUPER CALENTADOR: Es un equipo que ofrece una superficie de absorción de calor por medio de la cual se eleva la temperatura del vapor por encima de su punto de saturación. Entre las principales razones para realizar este trabajo tenemos: Se aumenta la eficiencia total de la unidad.

Se aumenta la ganancia termodinámica de l vapor.

Se obtiene un vapor mas seco.

CHIMENEA: Conducto por donde salen los gases de combustión.

Partes de Una Caldera

Accesorios Básicos de una Caldera.

7. Transmisores de flujo.

8. Transmisores de nivel.

9. Analizador de oxigeno.

10. Foto celdas.

11. Magnetrol. (cortes)

12. Mirillas.

13. Indicadores de nivel.

1. Válvulas de seguridad.

2. Válvulas de aguja o de purga.

3. Válvulas de control.

4. Válvulas de corte.

5. Indicadores de temperatura.

6. Indicadores de presion.

Partes de una Caldera.

Partes de presión, incluyendo superficies de calentamiento

Conexiones para entradas y salidas tanto de agua como vapor

Hogar

Conexiones para el manejo de aire y gases

Aislamientos y refractarios

Soportes estructurales

Estructura de soporte para el equipo de combustión y auxiliares

Tapas para inspección y accesos

Válvulas y accesorios

Sistemas de control

Chimenea

Teoría de la Combustión.

Es un proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz.

En el caso de los combustibles comunes, el proceso consiste en una combinación química con el oxígeno de la atmósfera que lleva a la formación de dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua, junto con otros productos como dióxido de azufre, que proceden de los componentes menores del combustible.

Esquema Básico de la Combustión.

La combustión puede ser definida como la combinación química rápida del oxigeno con elementos combustibles. Los tres elementos químicos mas importantes en la combustión son : Carbono – Hidrogeno - Azufre

El aire es la principal fuente de oxigeno para la combustión tanto para calderas como hornos de diferentes tipos.

El objetivo de una buena combustión es liberar todo el calor, tratando de minimizar perdidas debido a las imperfecciones de combustión y aire falso en el sistema.Temperatura de inicio - Turbulencia que permita mezcla entre el

oxigeno combustible - Tiempo suficiente para completar la combustión

Balance Térmico.

CaHb + (a + b/4) O2 → a CO2 + (b/2) H2OCaHb + (a/2 + b/4) O2 → a CO + (b/2) H2OCO + 1/2 O2 → CO2

Conclusión.

El vapor es muy usado en el sector industrial, comercial y de salud, especialmente para el calentamiento de procesos, en la generación de potencia, y generación de energía.

Los Generadores de Vapor en la Industria alimentaria, son de gran importancia ya que por medio de estas muchas Operaciones y Procesos Unitarios son posibles, y sin ellas la industria alimentaria no tendría un ritmo de producción adecuado.

GRACIAS.

Taller

¿Cuál es el Ciclo de la Combustión?.

Nombre 3 Partes de la Caldera.

¿Qué Diferencia hay entre calderas pirotubulares y acuatubulares?