PRESENTACION de CALDERAS LICEO DOMINGO MATTE PEREZ PRESENTACION de CALDERAS MODULO DE OPERACIÓN MECANICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR CUARTO AÑO MEDIO E ESPECIALIDAD OPERACIÓN DE PLANTA QUÍMICA PROFESORES: Sra. Georgette Villalón / Sra. Gioconda Bustos K. NOMBRE DE LA UNIDAD: Mecanismos de transferencia de calor en equipos industriales transferencia de calor en quipos industriales INSTRUCCIONES GENERALES Lea comprensivamente la guía que a continuación se presenta. Cualquier consulta pueda realizarla al correo: omopq@yahoo.es. Se publicara cuestionario, lea comprensivamente esta guia.

Clasificación de los Generadores de vapor máquinas y equipos térmicos Clasificación de los Generadores de vapor

Objetivo Describir la clasificación de los Generadores de Vapor, sus componentes, aplicar las relaciones fundamentales para la solución de problemas en la generación de vapor, elaborar un balance térmico de un Generador de vapor.

Definición Un generador de vapor es un conjunto de aparatos y equipos auxiliares que se combinan para generar vapor.(caldera, economizador, sobrecalentador de vapor, precalentador de aire, etc.) Una caldera de vapor es un recipiente cerrado en el cual se genera vapor de agua, utilizando el calor extraído de un combustible o por el uso de electricidad o energía nuclear.

Clasificación de las calderas de vapor Por la posición relativa de los gases calientes y el agua se clasifican en: Acuotubulares: agua dentro de los tubos Pirotubulares: gases dentro de los tubos Por la posición de los tubos se clasifican en: Verticales, horizontales e inclinados.

CALDERAS ACUOTUBULARES Las calderas Acuotubulares (el agua está dentro de los tubos) eran usadas en centrales eléctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor.

se emplean para aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja. (también existen de forma horizontal)

La producción de vapor de estas calderas es de unos 1500 kg/hora cada una, a una presión de régimen de 13 atm. absolutas y 300 °C de temperatura. 

VENTAJAS La Caldera de tubos de agua tiene la ventaja de poder trabajar a altas presiones dependiendo del diseño hasta 350 psi. Se fabrican en capacidades de 20 HP hasta 2,000 HP. Por su fabricación de tubos de agua es una caldera "INEXPLOSIBLE". La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de humo, ya que se fabrican de 3, 4 y 6 pasos dependiendo de la capacidad.

El tiempo de arranque para producción de vapor a su presión de trabajo no excede los 20 minutos. Los equipos son fabricados con materiales que cumplen con los requerimientos de normas. Son equipos tipo paquete, con todos sus sistemas para su operación automática.

Son utilizados quemadores ecológicos para combustóleo, gas y diesel. Sistemas de modulación automática para control de admisión aire-combustible a presión. El vapor que produce una caldera de tubos de agua es un vapor seco, por lo que en los sistemas de transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento. El vapor húmedo producido por una caldera de tubos de humo contiene un porcentaje muy alto de agua, lo cual actúa en las paredes de los sistemas de transmisión como aislante, aumentando el consumo de vapor hasta en un 20%.

CALDERAS PIROTUBULARES El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor. La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de humos.

Clasificación de acuerdo a la presión de trabajo de la caldera a) Calderas de baja presión Calderas que producen vapor a baja presión, hasta unos 4 o 5 kg/cm2 Este rango de presiones es mas común en las calderas de agua caliente que en las calderas que generan vapor. b) Calderas de media presión Producen vapor hasta aproximadamente 20 kg/cm2 Generalmente vapor saturado, utilizadas en la industria engeneral. c) Calderas de alta presión Asociadas a ciclos de potencia, trabajan con presiones de 20 kg/cm2 hasta presiones cercanas a la crítica de 250 kg/cm2

Clasificación de acuerdo al combustible utilizado a) Calderas de combustibles líquidos Se fabrican Generadores de Vapor de todo tipo y tamaño que utilizan combustibles líquidos. Requieren de instalaciones de almacenaje y tanques de servicio, de elementos de precalentamiento del fuel y de sistemas de bombeo y transporte. La viscosidad de estos combustibles varía desde 30 – 40 cSt (100ºC) en los fuels de baja viscosidad hasta 700 cSt (100ºC) y más para combustibles de alta viscosidad, como los utilizados en sistemas de generación eléctrica. En las plantas industriales en general se utilizan fuels de viscosidad del orden de 380 - 450 cSt (100ºC).

b) Calderas de combustible gaseosos Utilizan tanto gas natural como GLP, aire propanado o gas obtenido en gasificadores. Generalmente los quemadores de gas trabajan conmuy baja presión, por lo que es común que tengan sistemas de reducción de presión importantes. En el caso de tener asociado un gasificador que suministre un gas muy particulado se utilizan cámaras torsionales a fin de aumentar el tiempo de permanencia del combustible en el hogar. Es importante lograr una buena mezcla de aire-gas. Con los combustibles gaseosos el riesgo de explosiones por acumulación de combustible no quemado es grande, por lo que es sumamente importante preveer las medidas de seguridad adecuadas.

c) Calderas de combustibles sólidos Los combustibles sólidos utilizados son muy variados: leña en todos los tamaños (rolos, astillas, chips), deshechos de producción (pellets de madera, aserrín, bagazo de caña de azúcar, cáscara de arroz), carbón ( en distintos grados de pulverización),etc. Cada uno requerirá una tecnología apropiada para poder quemarlos de la mejor manera, desde molinos para pulverizarlos finamente hasta grillas muy sofisticadas. El diseño del hogar para estos combustibles es sumamente complejo, teniendo que considerar el ingreso de aire suficiente y su correcta mezcla con el combustible, la permanencia de las partículas en el hogar para quemarse completamente y la disposición de las cenizas entre otros factores. En general resultan hogares de mayor volúmen que los utilizados en caleras de combustibles líquidos y gaseosos.

Las principales partes de las calderas de vapor son: Quemadores Hogar ó caja de fuego Fluxes o tubería Economizador (Precalentador de agua) Evaporador (Sección de saturación) Sobrecalentador Domo Chimenea

¿Por qué? Para incrementar la eficiencia de operación de la caldera, se utilizan los precalentadores de agua y de aire en el interior de la caldera, ya que estas secciones recuperan la energía residual en los gases de combustión. Es importante mantener el exceso de aire recomendado por el fabricante de los quemadores para la combustión en las calderas, Porque este valor permite operar de forma eficiente la caldera, minimizando las pérdidas de energía en los gases de combustión.

Es importante medir el O2 en los gases de combustión, ya que este parámetro nos indica el exceso de aire con el que opera la caldera, Los valores típicos que nos indican una operación adecuada es del 2 a 4% dependiendo del tipo de combustible, su composición, y tipo del quemador.

Es importante medir el CO en los gases de combustión, este parámetro nos permite detectar problemas en la combustión del combustible, debido a la operación deficiente en quemadores; bajos niveles de aire provocan una combustión incompleta. Además el monóxido de carbono representa un riesgo debido a su toxicidad y a su flamabilidad.

¿Por qué se utilizan los aislamientos térmicos? Estos se utilizan para la conservación de energía en las corrientes de proceso, manteniendo el consumo de energía en el proceso. Estos aislamientos se emplean tanto a líneas operando a altas temperaturas como aquellas que operan a bajas temperaturas. También se emplean para proteger al personal de superficies sujetas a temperaturas mayores de 60 ºC.

CALDERAS VERTICALES

DISPOSITIVOS E INSTRUMENTOS QUE DEBE TENER UNA CALDERA Manómetro: permite controlar la presión al interior Termocupla: indica la temperatura del vapor generado Una trampa de vapor: es una válvula automática cuya misión es descargar condensado sin permitir que escape vapor vivo. Válvula de emergencia: permite la descarga rapida del vapor en caso de sobrecarga.

Aguas de Alimentación Existe la necesidad de usar agua en las mejores condiciones de pureza para evitar incrustaciones y corrosiones en las calderas. Como se sabe, el agua químicamente pura no existe en la naturaleza, sino que esta con variadas impurezas que hacen perjudicial su uso en el proceso de producción de vapor. Esto hace necesario sacarle el agua el máximo de las impurezas que contiene, a través de los diversos tratamientos que existen según sea el tipo de impurezas de que se trate. El agua, como cualquier otra sustancia, posee ciertas propiedades, que pueden dividirse en físicas o químicas. Las de mayor interés son:

Clasificación de las impurezas sólidos en suspensión: - barro (arcilla) - materias orgánicas (maderas, bacterias, grasas, etc.) - arena (sílice) b) sales disueltas - alta solubilidad - cloruros de sodio y magnesio - sulfatos de sodio y magnesio. - algunos silicatos. - baja solubilidad - sulfatos, carbonato y fosfatos de calcio. - silicatos de calcio y magnesio. c) gases disueltos - aire (oxigeno y nitrógeno) - anhídrido carbónico

Efectos Generales de las Impurezas el barro: y otros sólidos, se depositan en el fondo de las calderas, produciendo un depósito fangoso que facilita el sobrecalentamiento de las planchas inferiores. Estos sobrecalentamientos provocan deformaciones que pueden ser altamente peligrosas. Se eliminan estos depósitos a través de las extracciones de fondo que pueden hacerse al final de cada turno, hasta eliminar toda el agua turbia.

Los ácidos: corroen las paredes metálicas de la caldera Los ácidos: corroen las paredes metálicas de la caldera. Esto hace que las planchas vayan perdiendo espesor y se hagan menos resistentes. Existen algunos métodos prácticos para reconocer la presencia de ácidos en el agua. Las sales de calcio y magnesio: disueltas en el agua con que se alimenta la caldera, se descomponen y se adhieren a las superficies mas calientes de la caldera, especialmente en los tubos, formando incrustaciones. estas son verdaderas costras que al adherirse a las paredes de la caldera entorpecen la transmisión del calor, permitiendo el sobrecalentamiento de esas superficies metálicas y posibles explosiones

La dureza del agua Esta determinada por la cantidad de sales de calcio y magnesio que contenga. Mientras mas sales de calcio y magnesio tenga, mayor será su dureza. La dureza es una característica perjudicial para las calderas. Existen dos tipos de durezas, según sea la forma es que se comporte el agua la hervirla. Dureza temporal: es la formada por sales de calcio y magnesio que al hervir el agua precipitan en el fondo.

La suma de la dureza temporal y la permanente se llama dureza total. Dureza permanente: es la formada por sales solubles en el agua que durante la ebullición no sufren cambios, pero que a medida que esta se vaporiza sube el grado de concentración decantando y formando incrustaciones. La suma de la dureza temporal y la permanente se llama dureza total.

Alcalinidad y Acidez del agua Como ya se ha dicho, los ácidos contenidos en el agua de alimentación de calderas, producen corrosión en las partes metálicas en contacto con ellas. Con el fin de determinar el grado de alcalinidad o de acidez, se ha ideado una escala llamada ph que consta de 14 unidades: Las agua de alimentación de una caldera no deben ser acidas, pues producen corrosiones Por lo tanto el ph debe, ser superior a 7 siendo el más indicado el ph 9 a 10.

Propiedades físicas Turbidez Color Olor Sabor Propiedades químicas Dureza ( salinidad) Ph (alcalinidad, acidez

Las impurezas del agua de alimentación tienen los siguientes efectos: Embancamiento: el barro y la sílice ayudados por algunas sales disueltas, producen embaucamiento sumamente rápidos, es decir, se depositan en el fondo de la caldera, dificultando o impidiendo la libre circulación y salida del agua. Estas impurezas deben ser retiradas casi en su totalidad antes del ingreso a la caldera sometiéndolas a un proceso de filtración.

Incrustaciones: son depósitos en forma de costra dura producidos por sales de Calcio y Magnesio contenidos en el interior de la caldera y que producen los siguientes inconvenientes: Reducción de la eficiencia de la caldera. Sobrecalentamiento de la superficie de calefacción. Explosiones. Corrosiones: se produce en la parte inferior de la caldera en contacto con el agua, debido a los siguientes agentes: Oxigeno O2 Sales ácidas Exceso de desincrustante Concentración local de soda cáusticas (fragilidad cáustica) Anhídrido Carbónico (CO2 )

Procedimientos para purificar el Agua El agua de alimentación de las calderas se purifica por medio de los siguientes procedimientos: Químicos Térmicos Mixtos Eléctricos

a) Procedimientos Químicos: consiste en agregar al agua determinadas sustancias o desincrustantes, que produzcan la precipitación de las materias incrustantes que contenga el agua Compuestos químicos empleados: Cal viva ( CaO ). Sosa o carbonato de sodio ( Na2CO3 ). Cal – Sosa. Carbonato de Bario y Cal. Sosa Caustica ( NaOH ). Permutita o Zeolita. Desincrutantes Coloidales.

b) Procedimientos Térmicos: Mediante el calentamiento del agua hasta su temperatura de ebullición, se precipitan todos los bicarbonatos en forma de carbonatos insolubles que decantan y se extraen del fondo del economizador, eliminando de esta manera la dureza temporal y los gases disueltos. Este procedimiento no separa dureza permanente. c) Procedimientos Mixtos: Consiste en emplear algunos desincrustantes químicos y a su vez calentar el agua eliminando ambas durezas. d) Procedimientos Eléctricos: Por este sistema basado en la electrolisis del agua el zinc en planchas que se a perna a tubos o chapas defiende a las planchas de hierro de la acción de las sales incrustantes.

CONOCIMIENTOS PARA LA SELECCIÓN DE UNA CALDERA Entre los diversos datos debemos conocer: La Potencia de la Caldera El Tipo de Combustible que esta Necesita para Trabajar La Demanda de Vapor que se Requiere, etc. Podemos decir que en realidad existen varios factores importantes al momento de elegir una caldera, tales como: Capacidad de Consumo de la Empresa Capacidad de la Caldera Capacidad de Turbina / Generador.