GENERADORES DE VAPOR [Modo de compatibilidad] · Calderas Pirotubulares O Tubos De Humo ... •La...

Generadores de vapor

Máquinas Térmicas

Gerardo Pauwels Sergio GalfioneMaximiliano Cabestrero Mariano EttoreCristian Drappo Maximiliano HeissFederico Rolt

Máquinas Térmicas


Un generador de vapor es un conjunto de equipos mediantelos cuales se transforma agua tratada en estado líquido, a estado devapor, con distintas presiones y temperaturas, entregando caudalesmás o menos variables según el equipo.más o menos variables según el equipo.

La transformación se logra mediante el aporte de energía calorífica,obtenida al quemar combustibles que pueden ser sólidos, líquidoso gaseosos, o a través de energía atómica.

Clasificación

• UTILITY STEAM GENERATORS, son aquellos usados en elservicio de la generación de potencia eléctrica y existen como:

• Sub críticos

– Operan entre 130 bar a 190bar.

– Alcanzan hasta 550°C con una o dos etapas de re– Alcanzan hasta 550°C con una o dos etapas de recalentadores.

– Capacidad, en los modernos podemos alcanzar de 1 a 10millones Lbm/hora de vapor. En la planta eléctrica la potenciade salida está en el rango de 125 a 1300 megawatts (MW).

• Super críticos

– Operan por arriba de 3200 psia, usualmente 3500psia(240bar).

• INDUSTRIAL STEAM GENERATORS, son aquellos que seutilizan en la industria pequeña de generación eléctrica,establecimientos institucionales, industriales, comerciales y enmuchos usos más como en:

• Plásticos

Clasificación

• Industria Alimenticia• Construcción• Cerámicas• Industria del Caucho

• Plásticos• Lavanderías• Farmacéutica• Química• Papel y Cartón

Clasificación de calderas :

• Uso

• Presión

Las calderas se clasifican basándose en algunas de lascaracterísticas siguientes:

• Sistema del fogón • Fuente de Calor • Presión

• Materiales de que están construidas

• Tamaño

• Contenido de los tubos, su forma y posición

• Fuente de Calor • Clase de

combustible • Sistema de

circulación • Posición del hogar

Tipos de calderas•Calderas de tubos de humo (Pirotubulares)

-De fogón externo

-De fogón interno

-Horizontales tubulares

-Calderas verticales tubulares -Calderas tipo residencial

•Calderas de aceite térmico

•Calderas de hierro colado

•Reactores de energía nuclear

Tipos de calderas

•Calderas de tubos de agua (acuotubulares)

-Calderas horizontales de tubos rectos

-Calderas de tubos curvados

-De circulación natural

-De circulación forzada

-Calderas de cuerpo de acero

-Calderas de presión subcrítica

-Calderas de presión supercríticas

CALDERAS PIROTUBULARES O TUBOS DE HUMO

Calderas Pirotubulares O Tubos De Humo

Ventaja

•Almacenan gran cantidad de agua

•Producen gran cantidad de vapor.

•Permiten efectos de fluctuaciones en la demanda de vapor.

•Su costo instalada es relativamente bajo y considerablemente menor •Su costo instalada es relativamente bajo y considerablemente menor que la correspondiente caldera Acuotubular de domo.

•Son eficientes de 79% a 85%.

•La caldera vertical ocupa poco espacio.

•La caldera compacta adaptable a toda clase de combustible y para cualquier sistema de combustión.

•Fáciles de transportar

Calderas Pirotubulares O Tubos De Humo

Desventajas:

•Su arranque en frío es demasiado lento para alcanzar la presión de trabajo.

•Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitado y depende del tipo de caldera.

•No se utilizan para el accionamiento de turbinas.

•El tamaño de la caja del hogar no puede ser ampliado.

•Su operación se torna crítica al operar con sobrecarga de más del 40%.

•Su mantenimiento interior es dificultoso.

CALDERAS PIROTUBULARES O TUBOS DE HUMO

Calderas Acuotubulares O Tubos De Agua

Calderas Acuotubulares O Tubos De

Agua

Ventajas:•Son de horno propio interior ubicado lejos de la zona de evaporación•Menor peso por unidad de potencia generada, con de gran volumen y altura volumen y altura •Admiten gran cantidad de aire en su hogar •La combustión se puede controlar •Son de alto rendimiento y producción de alta presión, apta para generación de energía eléctrica. •Menor tiempo para levantar presión.•Entre más alta es la caldera más se aprovecha la energía calórica de los gases de combustión

Ventajas (cont):

•Mayor flexibilidad para variaciones de consumo, debido a la pequeña cantidad de agua que contienen

•La posición de sus quemadores en diagonal son aptos para quemar


•La posición de sus quemadores en diagonal son aptos para quemar carbón

•Puede quemar combustible líquido, gaseoso, sólido y biomásico.

•Producen un vapor seco por lo que en el sistema de transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento.

•Mayor flexibilidad para variaciones de consumo, debido a la pequeña cantidad de agua que contienen.

Desventajas

•Es de difícil realizar mantenimiento por lo incomodo el acceso a la zonade convección.

•Mantenimiento más costoso.


•Mantenimiento más costoso.

•El coeficiente de evaporación está estrechamente limitado por lacirculación interna.

•La superficie limitada para la liberación de vapor, dificulta la separacióncorrecta del agua y el vapor durante los consumos altos.

•Para su instalación requieren de una extensa área de terreno.

•Su montaje con puesta en servicio pueden tomarse de uno a dos años.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN

GENERADOR DE VAPOR

�Hogar�Domo o Hervidor�Domo o Hervidor�Quemadores�Economizador�Precalentador�Sobrecalentador y Recalentador

Hogar

Es el espacio donde se produce la combustión. Se le conoce tambiéncon el nombre de Cámara de Combustión.Las calderas pueden Las calderas pueden

instalarse con hogares para combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, todo dependerá del proyecto del equipo y de la selección del combustible a utilizar.

Domo o Hervidor

Es un recipiente metálico diseñado con las condiciones de presión a las que debe trabajar el generador de vapor.

La función básica del domo es la de separar el vapor de la mezcla vapor-agua y mantener el vapor seco. En las unidades que no tienen economizador, es en el domo donde se dispone el agua previamente tratada y desde ahí se distribuye por todos los tubos del circuito bien sea por medio distribuye por todos los tubos del circuito bien sea por medio de flujo natural o por flujo forzado. En las unidades con economizador, el agua es precalentada en el economizador antes de ser llevado al domo.

Aquellas unidades denominadas “de un solo paso” carecen de domo.

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 manera que se realice una cierta distribución en el hogar.

El economizador, es básicamente un intercambiador de calor gases-agua, El economizador, instalado en una caldera, consigue aprovechar el calor

Economizador

aprovechar el calor residual de los gases de combustión, traspasándolo al agua de alimentación de la caldera, con lo que se consigue reducir el consumo de combustible y mejorar el rendimiento de manera considerable.

Precalentador de aire

Los precalentadores de aire al igual que los economizadores extraen calor de los gases de combustión con temperaturas relativamente bajas. La temperatura del aire de entrada es menor que la del agua que entra al economizador y por tanto es posible reducir aún más la temperatura de los productos gaseosos de la combustión, antes de que se descarguen en las chimeneas. chimeneas.

El uso de aire precalentado para la combustión acelera la ignición y fomenta una combustión rápida y completa del combustible.

Sobrecalentador y Recalentador

La adición de calor al vapor después de la evaporación o el cambio de estado, viene por un aumento en la temperatura y la entalpía del fluido. El calor se agrega al vapor en componentes de la caldera llamados sobrecalentadores y recalentadores, los cuales se componen de elementos tubulares expuestos a los productos gaseosos a alta temperatura de la combustión.

Las ventajas del sobrecalentamiento y recalentamiento en la generación de potencia son resultado de la ganancia termodinámica en el Ciclo de Ranking y de la reducción de las pérdidas de calor debidas a la humedad en las etapas de baja de presión en la turbina. Con presiones y temperaturas altas del vapor se dispone de presión en la turbina. Con presiones y temperaturas altas del vapor se dispone de más energía útil, pero los avances hacia temperaturas altas del vapor a menudo son restringidos por la resistencia mecánica y la oxidación del acero y de las aleaciones ferrosas con los que se cuenta en la actualidad y son económicamente prácticos para su uso en la parte a presión de las calderas y en las construcciones de alabes de las turbinas.

El término “sobrecalentado” se aplica al vapor de más alta presión y el de “recalentado” se refiere al vapor de presión más baja que ha liberado parte de su energía durante la expansión en la turbina de alta presión. Con presión de vapor inicial alta pueden emplearse una o más etapas de recalentamientos con el fin de mejorar la eficiencia térmica.

Además podemos hacer mención de otros componentes que hacen al funcionamiento

como ser:

� Emparrillado� Cenicero� Conductos de Humos� Conductos de Humos� Caja de Humos� Forzador (Ventilador/es)� Chimenea� Sopladores de Hollín

Control en calderas•El sistema de control de una caldera es la herramienta mediante lacual se consiguen los equilibrios de masa y de energía de la mismaante las variaciones en la demanda de los consumidores.

Controles necesarios en las calderas de vapor

• Secuencia de encendido• Nivel de agua de alimentación• Control de la llama.• Control de la presión.• Control de la presión.• Temperatura del combustible.• Temperatura de los gases de salida.• Total de sólidos disueltos

Control de temperatura del vapor

ObjetivoExisten gran cantidad de calderas en las que el vapor generadoha de estar a una cierta temperatura, que asegure el correctofuncionamiento de sus consumidores. En estos casos, lafuncionamiento de sus consumidores. En estos casos, laimposibilidad de diseñar la caldera para que en todas las cargasrequeridas produzca el vapor a la temperatura deseada, obliga acontrolar ésta de forma que se mantenga dentro de los márgenesde operación deseados.

Control de temperatura del vapor

Filosofía del controlExisten distintos métodos de control de la temperatura del vapor,los más extendidos están basados en mecanismos de control enla parte de agua de la caldera. Consisten en atemperar el vaporbien mediante la inyección directa de agua, bien mediante el usode un intercambiador de calor agua-vapor. Para el primer métodosu respuesta será más rápida. Sin embargo, al introducir agua ensu respuesta será más rápida. Sin embargo, al introducir agua enel vapor la calidad de éste se verá modificada. En el segundocaso esta posible contaminación del vapor no existe, pero larespuesta del sistema será mucho mayor, con los inconvenientesque esto puede originar al proceso y al ajuste del sistema decontrol.

Control de la demanda

ObjetivoEl objetivo de este lazo es generar una señal de demanda decarga para los quemadores que mantenga el equilibrio entre laenergía entregada y suministrada por el sistema. Al mantenereste equilibrio se asegurara una producción de vapor en lascondiciones de operación necesarias para todo el rango defuncionamiento.funcionamiento.

Control de nivel de alimentación

Objetivo• Controlar el nivel en el valor deseado.• Minimizar la interacción con el control de combustión.• Crear suaves cambios en el agua almacenada ante los cambios

de carga.• Equilibrar adecuadamente la salida de vapor con la entrada de

agua.agua.• Compensar las variaciones de presión del agua de alimentación

sin perturbar el proceso ni modificar el punto de operación.

Para una mayor seguridad las calderas están provistas de lassiguientes indicaciones y protecciones.

Nivel normal de trabajo.Bajo nivel.Extra bajo nivel


Control a un elemento. Control a dos elemento. Control a tres elemento.

Control de dos elementos



Instrumentos para controlar el nivel• Control vertical usando flotante.• Medidor capacitivo.• Medidor ultrasónico.

Mantenimiento

EL PERSONAL

-Designar un responsable de la instalación

-Designar operarios con conocimientos en:-Válvulas automáticas de control.-Válvulas automáticas de control.-Válvulas de cierre manuales, eléctricas o neumáticas.-Válvulas de seguridad.-Controles eléctricos: fusibles, reles, temporizadores.-Cambios de presión y temperatura: cuales son las temperaturas y presiones normales de funcionamiento.

Mantenimiento

PRUEBA HIDROSTÁTICA. PRUEBA DE PRESIÓN[Normas UNE 9-105-92 ]

Definición:La primera prueba de presión de un aparato a presión es la que permite verificar su estanquidad y su resistencia a las permite verificar su estanquidad y su resistencia a las deformaciones

La presión de Prueba Pp, viene dada por la expresión:

Pp = 1.5 Pd

Donde Pd es la presión de diseño.

Mantenimiento

Realización de la prueba

-Proceso de presurización. Tiempo

-Mediciones e inspección durante la prueba

-Mediciones después de la prueba

-Informe

Mantenimiento

PRUEBAS HIDROSTÁTICAS DE REDES DE TUBERÍAS

Se realizará una prueba de estanqueidad hidrostática, siguiendo las siguientes indicaciones:

- Taponar extremos de los conductos en el montaje, antes de - Taponar extremos de los conductos en el montaje, antes de conectar los terminales.- Dejar las conducciones y equipos a una presión 1,5 veces mayor a la de trabajo.- Realizar pruebas de circulación de agua, limpieza, filtros, estanqueidad en temperatura de régimen y medir presiones.- Efectuar el tarado de órganos de seguridad.- Limpiar también bombas, accesorios, filtros.

MantenimientoPRIMERA PUESTA EN MARCHA

Antes de poner en servicio el generador:*Comprobar que las válvulas de cierre del circuito de combustible están abiertas.*Comprobar que las válvulas de cierre del circuito de agua de alimentación están abiertas.*Si comenzamos con el generador desde presión cero, abrir la válvula de aireación.*Si comenzamos con el generador desde presión cero, abrir la válvula de aireación.*Observar el agua en los niveles.*Colocar el interruptor general en posición ON*Accionar el pulsador de desbloqueo.*Colocar el interruptor del quemador en posición conectado.*Cerrar la válvula de aireación cuando salga un flujo continuo de vapor por la misma.

MantenimientoCOMPROBACIONES EN RÉGIMEN

DIARIO

-Purgado de indicadores de nivel.

- Comprobación de alarma, desconexión y bloqueo del quemador - Comprobación de alarma, desconexión y bloqueo del quemador por bajo nivel de agua

- Comprobación del control de llama en marcha continua

- Comprobación del control de llama durante el encendido.

- Control de las características del agua de alimentación de la caldera

Mantenimiento

COMPROBACIONES EN RÉGIMEN

SEMANAL

Se comprobara:- Las tuberías (deterioros y estado del aislamiento)- Las tuberías (deterioros y estado del aislamiento)- Los aparatos e intercambiadores de calor (suciedad, purgas, filtros...)- La ausencia de transpiración y fugas por los prensaestopas, juntas, etc.- Las bombas (ruidos o vibraciones anormales)- Las válvulas de seguridad, aparatos de control y los pilotos de señalización.

Mantenimiento


MENSUAL

-Limpieza de la instalación

-Limpieza del hollín de los tubos del generador

-Limpieza de las partes internas de la caja de humos.

- Comprobación los manómetros, termómetros, presostatos y termostatos

Mantenimiento


SEMESTRAL

- Control del estado de juntas y acoplamientos (corrosión).

- Revisión, limpieza y puesta a punto de los equipos de regulación de combustión

- Revisión de las purgas, se comprobara si hay fugas.

- Engrasado de válvulas.

MantenimientoCOMPROBACIONES EN RÉGIMEN

ANUAL

-Inspeccionar y limpiar los filtros.-Comprobar si las tuberías presentan corrosiones, picaduras o -Comprobar si las tuberías presentan corrosiones, picaduras o daños mecánicos.-Comprobar si hay condensación en las tuberías.-Inspeccionar si el aislamiento y la barrera de vapor están deteriorados.-Comprobar la suciedad y las incrustaciones en el lado del agua de los aparatos de presión.-Control del correcto funcionamiento de los ventiladores-Inspeccionar el estado de los componentes de la instalación eléctrica.

MantenimientoPURGADO

-Los purgadores van en la parte mas baja de la caldera

-Se utilizan para extraer los lodos, sedimentos y espumas.

-Se emplea un purgado continuo, por medio de un tubo pequeño.

-No obstante, los purgadores grandes hay que abrirlos periódicamente

MantenimientoLIMPIEZA Y MANTENIMIENTO CON CALDERA FUERA DE

SERVICIO

Toda caldera cuyo servicio no se precise durante un periodo de tiempo prolongado, deberá acondicionarse debidamente para evitar corrosiones internas y externas.

Procedimiento Seco: se utilizara cuando la caldera tenga que estar fuera de servicio durante varios meses y no esté expuesta a que se recurra a ella al menor aviso.

Procedimiento Húmedo: se utilizará en aquellos casos en que la caldera vaya a permanecer inactiva únicamente durante unas semanas y sujeta a entrar en servicio en cualquier momento.


Hogares

Hogares

Recinto o cámara donde se efectúa la combustión. La cámaraconfina el producto de la combustión y puede resistir las altastemperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan.

Dado que los generadores de vapor son esencialmenteDado que los generadores de vapor son esencialmenteintercambiadores, y que el calor a transferir proviene de laenergía del combustible, se puede inferir que el hogarconstituye el transductor primario de la energía. Por ello, la graninfluencia de este conjunto en el rendimiento global de unainstalación.

La combustión se completa siempre dentro de los límites delhogar si la caldera está bien diseñada y funcionaperfectamente.

HogaresParámetros característicos de un hogar:

• Clase de combustible a utilizar:

• Máxima generación de vapor y probables limites de carga de la caldera:

El tipo de combustible que se utilizará puede predecir en primeraaproximación el volumen físico requerido, así como también la geometríapara el hogar y ciertas partes constitutivas

• Presión de funcionamiento y temperatura total deseada:

El diseño determinará la capacidad de la caldera para sostener una carga normal con una eficiencia alta.

Las paredes del hogar deben estar soportadas de forma adecuadatomando en cuenta la expansión térmica y diferencias de presiones.

La temperatura de los gases a la salida del hogar está relacionada con elaporte de calor por el combustible y con la efectividad de las paredes delhogar.

HogaresRefrigeración de hogares

El enfriamiento por agua de las paredes del hogar reduce latransferencia de calor hacia los elementos estructurales y, enconsecuencia, puede limitarse su temperatura a la que satisfaga losrequisitos de resistencia mecánica, etc.El uso de hogares con enfriamiento por agua reduce las perdidas deEl uso de hogares con enfriamiento por agua reduce las perdidas decalor al exterior

Tipos de hogaresClasificación

Paralelos:Cuando los quemadores estáncolocados al frente o al frente

• Según la colocación de los quemadores el hogar de la caldera puede ser:

colocados al frente o al frentey atrás.

Turbulentos:Cuando los quemadores estánubicados en las esquinas einyectan el combustible en formatangencial.

Hogares para combustibles sólidos:

• Según el tipo de combustible a utilizar la caldera

Tipos de hogaresClasificación

Hogares para combustibles sólidos:

Hogares de emparrillado mecánico

Tipos de hogares

Hogares para combustibles sólidos, líquidos y gaseosos:

• Según el tipo de combustible a utilizar la caldera

Hogares ciclónicosciclónicos

Tipos de hogares

Hogares internos: Se encuentran dentro de la caldera y totalmente rodeados por el agua de la misma

•Otros tipos de hogares

Hogares externos: Se encuentran fuera del alcance del cuerpo de agua, o sea,no tienen un contacto directo con el cuerpo de agua a evaporar


6) Combustión

Combustión

• Los elementos básicos para que se produzca la combustión son:

• Reacción:

combustible + comburente � calor

1. El oxígeno del aire como comburente

2. El carbono y el hidrógeno del combustible + otros elementos

(azufre), e inertes (cenizas)

3. Temperatura de ignición

Combustión

• Condiciones a satisfacer para que se produzca la combustión son:

• Reacción:

combustible + comburente � calor

• Condiciones a satisfacer para que se produzca la combustión son:

1. Adecuada proporción entre combustible y comburente.

2. La mezcla de las dos sustancias debe ser uniforme.

3. La temperatura de ignición se establecerá y será monitorizada de manera

que el combustible continúe su ignición sin calor externo cuando comience

la combustión.

Combustión

• Combustión con exceso de aire: Existe una cantidad de aire superior al

mínimo necesario. Cuando se utiliza exceso de aire, no se producen

inquemados.

• Combustión con defecto de aire: Es la que se lleva a cabo con menor

• Tipos de combustión:

cantidad que el aire mínimo necesario. Cuando se utiliza un defecto de aire

tiene a producirse inquemados.

• Combustión completa: Es aquella donde el carbono se consume

completamente; caso contrario la combustión es incompleta.

• Combustión perfecta: Es aquella en la cual el carbono se transforma

totalmente en CO2; En el caso de producirse CO la combustión imperfecta.

CombustiónRendimiento de la combustión

El rendimiento de combustión es la relación entre la fracción deenergía realmente liberada en el proceso, y el total teóricodisponible, que da una idea del grado de aprovechamiento delcombustible, para las condiciones de trabajo dadas.

Control de la combustiónControl de la combustión

Consiste en regular la entrada de combustible para mantener unsuministro continuo de vapor a una presión constante, y deregular la entrada de aire a la caldera en proporción correcta a laentrada de combustible.

Control mecánico/neumático

Control de medida en serie/paralelo

Control de medida en paralelo con límites cruzados:

COMBUSTIBLES

• Poder Calorífico : Es la energía por unidad de masa delcombustible que se libera en una combustión completa yperfecta.

• Poder Calorífico Superior (PCS) : Tiene en cuenta el calorlatente de vaporización del agua generada en la combustión.

• Poder Calorífico Inferior (PCI) : No tiene en cuenta el calor

latente de vaporización del agua formada en la combustión.

Tipos de Combustibles

I - Combustibles Sólidos• Madera PCI = 4.500 Kcal/Kg.

• Carbón Natural

# Turba : 50/60% C – 70/80% Humedad – PCI = 750 Kcal/Kg.# Lignito : 65/75% C – 50/70% Humedad – PCI = 3.500 Kcal/Kg. # Hulla : 75/85% C – 5/15% Humedad – PCI = 8.500 Kcal/Kg.# Antracita : > 90% C - < 3% Humedad – PCI = 8.000 Kcal/Kg.

• Carbón Vegetal PCI = 6.500 Kcal/Kg.

II - Combustibles Líquidos

• Gas Oil : PCI = 10.200 Kcal/Kg.• Fuel Oil : PCI = 9.800 Kcal/Kg.

Propiedades de los Combustibles Líquidos

1. Viscosidad1. Viscosidad2. Fluidez Crítica3. Inflamabilidad4. Contenido de Azufre5. Contenido de Agua

II - Combustibles Gaseosos

• Gas Natural : PCS = 9.300 Kcal/m3.• GLP: PCI = 10.950 Kcal/Kg.

Propiedades de los Combustibles Gaseosos

1. Densidad Relativa ( ρr )1. Densidad Relativa ( ρr )

2. Intercambiabilidad de los Gases Combustibles

3. Módulo de un Gas

Criterios para la elección de un combustible

• Ubicación geográfica de la industria

• Posibilidades de aprovisionamiento

• Precio del combustible

• Problemas ambientales derivados de su uso.

QUEMADORES

Criterios para la elección de un quemador

• Combustible• Exceso de Aire• Margen de Regulación• Estabilidad de Funcionamiento• Estabilidad de Funcionamiento

- Turbulencia en la mezcla aire / combustible- Precalentar el aire de combustión

• Forma y Dimensiones de la Llama- Turbulencia- Exceso de Aire- Presión del Aire de Combustión

- Tamaño de las Gotas Pulverizadas

Clasificación de los QuemadoresQuemadores

Quemadores para combustibles sólidos

* Quemadores de Carbón Pulverizado

Quemadores para combustibles líquidos

* Quemadores Rotativos de Pulverización Centrífuga


* Quemadores de * Quemadores dePulverización Mecánica Pulverización Asistida


* Quemadores Rotativos de Pulverización Centrífuga

Quemadores para combustibles gaseosos

• Quemadores Atmosféricos * Quemadores de Premezcla

• Quemadores de Flujo Paralelo con Mezcla por Turbule ncia• Quemadores Mixtos

Quemadores para combustibles gaseosos

• Quemadores de Flujo Paralelo con Mezcla por Turbule ncia

Quemadores Mixtos Para quemar combustibles líquidos y gaseosos con el fin de

garantizar la continuidad del servicio.


Tiro de una caldera

CORRIENTE DE TIRO DE UNA CHIMENEA

• La combustión en el hogar lo llena de gases neutros (no sepueden utilizar para seguir quemando más combustible) siendonecesario eliminarlos y hacer penetrar el aire nuevo que permitaque la combustión prosiga.

• Al mismo tiempo este mismo gas que se encuentra a elevada• Al mismo tiempo este mismo gas que se encuentra a elevadatemperatura debe intercambiar esa energía de la combustión allíquido por los conductos y cámaras que hacen contacto.

• Se designa chimeneachimenea a cualquier clase de tubo o huecodestinado a conducir los gases de la combustión hacia arriba,dándoles salida al exterior.

• Se llama corrientecorriente dede tirotiro a la establecida por la depresión quese genera en la base de una chimenea por la diferencia de pesoespecífico entre los humos y el aire exterior.

DIFERENTES TIPOS DE TIRO

• En el tirotiro naturalnatural la aspiración debe ser suficiente paravencer todas las resistencias opuestas al movimiento delaire y de los gases de la combustión.

• El tirotiro artificialartificial consiste en hacer llegar al hogar el airenecesario para la combustión, utilizando un ventilador,extractor u otro medio mecánico. Se subdivide en:

• tiro forzado y• tiro aspirado o inducido• Combinación de ambos

TIRO ARTIFICIAL O MECÁNICO

• Se designa tiro forzado a la corriente que se genera cuando elaire es inyectado con el combustible al hogar de la caldera.

• Se llama tirotiro aspiradoaspirado oo inducidoinducido a la corriente que se genera• Se llama tirotiro aspiradoaspirado oo inducidoinducido a la corriente que se generacuando los gases de la combustión son aspirados luego de lacaldera.

• Se llama tirotiro balanceadobalanceado oo equilibradoequilibrado a la combinación de losanteriores.

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES ATMOSFÉRICAS

• Presión: Al aumentar la presión atmosférica crece el pesoespecífico del aire, también el tiro.

• Temperatura: Al disminuir la temperatura exterior aumenta el

∆∆ con gases en la chimenea, esto aumenta el tiro.

• Humedad: Al aumentar la humedad, disminuye el pesoespecífico del aire, también el tiro.

• Viento: puede favorecer o perjudicar el tiro


Tipo Ventaja Desventaja

Natural• No es necesario un gasto de

energía adicional.• Se regula fácilmente (con

consumo bajo y uniforme)

• Inútil en instalaciones industriales

• no permite baja calidad combustibles sólidosconsumo bajo y uniforme) combustibles sólidos

• gran altura chimenea

Artificial o mecánico

• suprime la necesidad de tiro de natural de chimenea

• Fácil regulación mediante variador

• Independiente de las condiciones del clima

• Se adapta a las condiciones de carga

• mayor gasto de energía

• Debe regularse la combustión para evitar excesos de aire y pérdidas


Tipo Ventaja Desventaja

Artificial Forzado

• Reduce el tiro de una chimenea

• Se puede agregar el combustible

• puede instalarse antes de precalentador

• Debe evitarse un soplado enérgico capaz de arrastrar cenizas y finos

precalentador

Artificial inducido

• Es posible reducir al mínimo o reforzar la acción de la chimenea

• Puede utilizarse un by-pass según las condiciones

•Calentamiento del motor ya que todo el gas pasa por él•Mayor consumo energético•Necesita la adecuada adición del combustible

Artificial equilibrado

• Combina ambas ventajas• Reduce al mínimo el tiro

necesario

• Mayor inversión• Grandes instalaciones

EconomizadoresEconomizadores

Economizadores

El economizador representa una sección independiente de superficiede intercambio que absorbe calor sensible de los gases decombustión para entregárselo al agua de alimentación antes que lamisma ingrese a la caldera.

•Recupera la energía de los humos antes de ser evacuados a laatmósfera y por lo tanto aumenta el rendimiento del generador devapor

•Reduce la posibilidad de que se presenten choques térmicos ygrandes fluctuaciones en la temperatura del agua de alimentaciónde la caldera

Economizadores

Como aproximación tenemos que, por cada 22ºC de disminuciónde la temperatura de los humos en un economizador, elrendimiento de la caldera aumenta un 1%

Clasificación de los economizadores

De acuerdo a la disposición geométrica:

•Horizontales

•Verticales

De acuerdo a la di rección del gas con respecto a los tubos:

•De flujo longitudinal

•De flujo cruzado

De acuerdo a la dirección relativa del flujo de gas y de agua:

•De flujos en paralelo

•De contracorriente

De acuerdo al tipo de superficie absorbente del calor:

•De tubos desnudos o lisos

•De tubos con superficies extendidas



•Verticales


Horizontales



De tubos lisos

De acuerdo a la superficie absorbente del calor:

Alineación regular (flujo longitudinal)

Alineación al tresbolillo (flujo cruzado)


De superficies extendidas


a) Protuberancias

Protuberancia parabólica cóncava

Protuberancia parabólica convexa

Paralelepípedo de sección cuadrada

Protuberancia cilíndrica

Pirámide cuadrangular Protuberancia cónica


De superficies extendidas


b) Aletas longitudinales c) Aletas helicoidales

d) Aletas anulares de perfil rectangular

EconomizadoresDeflectores

Para evitar que los humos rodeen los tramos rectos aleteados , queofrecen una sección de paso más restringida, se disponen tab iquesdeflectores

EconomizadoresConsideraciones generales

Para mantener la velocidad de los humos a través de las distintas secciones deleconomizador, el banco inferior se diseña con tubos de mayor diámetro, lo que reduce lasección de paso de humos, mejora la transferencia de calor y requiere menor superficie einversión.

• Límite de velocidades

• Necesidad de acceso

Alrededor de los bancos tubulares del economizador, se necesitan una serie de huecos para: • Facilitar los trabajos de mantenimiento en cada una de las diferentes ramas tubulares individuales

• Características geométricas

individuales• Disponer del espacio requerido por los sopladores durante el servicio de la unidad

Los diámetros de tubos están comprendidos entre 44,5 y 65,5mmSi se usan superficies ampliadas, los espaciados laterales y verticales deben permitir unaseparación entre aletas de 13 mm.Para tubos lisos conviene un espaciado con holgura mínima de 19 mm.El espaciado mínimo vertical de los tubos debe ser 1,25 veces el diámetro exterior de losmismos.-Si éste espaciado es menor, la transferencia de calor se puede reducir hasta un 30%.-Si éste espaciado es mayor la transferencia de calor queda poco afectada, aumentando la

profundidad del banco y la resistencia en el lado de humos.

Calentadores de aire

Se utilizan para calentar el aire comburente, mejorando el proceso de combustión, obteniendo un incremento en la eficiencia la caldera.

Clasificación:

- Recuperativos, son en los que la transferencia de calor se verifica de forma directa y continua

- Regenerativos, son en los que la transferencia de calor es indirecta

Calentadores tubulares

Calentadores de aire

Calentadores de aireCalentadores de chapa

Calentadores de aireCalentadores de tubos isotermicos

� Calentador Ljungström

Calentadores de aireRegenerativos

� Calentador Ljungström

� Calentador de aire Rothemühle

Calentador Ljungström

Calentador de Aire Rothemühle

AGUA PARA GENERACIÓN DE VAPOR

En su utilización para la generación de vapor el hecho deposeer sales, gases, partículas, bacterias, etc., conlleva a una seriede fenómenos negativos para su utilización, por ello es indispensablesu previo tratamiento de prevención.

Problemas:•Incrustaciones, •Corrosión•Espumas•Arrastres

PRUEBAS QUIMICAS

•Prueba de acidez o alcalinidad

•Prueba de dureza, calcio y magnesio

•Prueba del hidróxido

•Prueba del fosfato •Prueba del fosfato

•Prueba del sulfito

•Prueba del hierro

•Prueba del cobre

•Prueba de conductividad eléctrica

TRATAMIENTO DEL AGUA

• Pretratamiento del suministro de agua bruta.

• Tratamiento del agua de aportación que va a la caldera.• Tratamiento del agua de aportación que va a la caldera.

• Tratamiento del condensado que está siendo retornado a lacaldera.

• Control de purga para eliminación de los lodos precipitados en lacaldera.


Ablandador:Un ablandador consta de treselementos principales: estanque deresina, válvula y estanque desalmuera. En el estanque de resina esdonde se produce el “ablandamiento”donde se produce el “ablandamiento”del agua, al producirse un intercambioiónico entre el agua “dura”, rica enCalcio y Magnesio y la resina, rica enSodio. Cuando esto ocurre la resinaretiene el Calcio y Magnesio y el aguase lleva el Sodio.

Formación de depósitos

La incrustación es indeseable ya que alformar una capa en los tubos y demáscomponentes del equipo, evitan latransmisión efectiva del calor. Lostransmisión efectiva del calor. Losdepósitos se producen por sólidossuspendidos que el agua pueda contener yprincipalmente por formación de depósitosde sulfatos y carbonatos de calcio ymagnesio, en mezclas complejas con otroscomponentes como sílice, bario, etc.

Los principales componentes de la caldera son metálicos. Losagentes que atacan el hierro y lo disuelven son los gases corrosivos(oxigeno y dióxido de carbono) y agentes oxidantes (como loscompuestos clorados).También la acidez del agua causa corrosión por lo que el pH debemantenerse entre 9.0 y 11.5.

Corrosión por Oxidacióndel metal

mantenerse entre 9.0 y 11.5.

Esto ocurre cuando hay presencia de materia orgánica o de unagran cantidad de sólidos, así como de grasas y aceites del equipo deproceso que puedan contaminar el agua de la caldera.

Formación de Espumas

Prevención de arrastreEl Arrastre se puede dividir en dos partes:

•Elementos transportados mecánicamente por el vapor y agua.•Elementos que se volatilizan en el vapor.El arrastre mecánico se controla manteniendo la concentración de sólidos.La sílice se volatiliza a altas presiones siendo arrastrada por elvapor. Para reducir estos arrastres, se mantiene la sílice por debajode 5 ppm en el agua de la caldera.

Polímeros o acondicionamiento de lodos

Se utilizan para la formación de lodos provocando la precipitaciónintencionada de las sales de dureza cálcica. Esto introduce en loslodos un grado de dispersión o fluidez que permite la eliminación delos mismos más fácilmente por purga inferior de caldera.

Depósitos de aceiteDepósitos de aceiteEl aceite es un aíslate del calorUn origen común→uso de equipos alternativos de vapor de escape→lubricación de motores de vapor y bombas de retorno decondensadoDebería utilizarse un tipo eficiente de separador de aceite en elsistema de escape.

La eliminación mecánica de la incrustación

Las zonas accesibles, se limpian mecánicamenteLas superficies interiores de los tubos de agua con unaTurbina Tubular.Los depósitos exteriores sobre las superficies externas delos tubos de humos pueden desprenderse por vibración conlos tubos de humos pueden desprenderse por vibración conun resonador o vibrador tubular o por medio de sacudidascon una barra larga y pesada en cada tubo.La limpieza con ácido de las calderas se usa a menudopara eliminar óxidos metálicos.Los disolventes utilizados para la limpieza acida sonvariados•. ácido clorhídrico• ácido fosfórico.

GENERADORES DE VAPOR [Modo de compatibilidad] · Calderas Pirotubulares O Tubos De Humo ... •La...

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