Calderas.docx

UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN MISAEL SARACHO FACULTAD DE CIENCIAS Y TEGNOLOGIA ING. QUIMICA

CALDERAS ACUOTUBULARES Y PIROTUBULARES

Materia: Equipos e Instalaciones Termicas. Integrantes: - Juan Florencio Guerrero Martínez - Hugo Leonel Benitez C. Docente: Ing. Rene Emilio Michel Cortes. Tarija-Bolivia

DEFINICION Es todo recipiente cerrado dentro del cual se genera vapor a una presion mayor que la atmosferica, este vapor se forma a traves de la transferencia de calor a presion constante, en el cual un fluido se calienta y cambia de fase. La caldera es un equipo donde se transfiere la energía obtenida en la combustión de un combustible a un fluido de trabajo. Forman parte de la caldera todos aquellos equipos de la instalacion en contacto con agua y vapor, es decir, sobrecalentador, recalentador intermedio, economizador, superficie evaporante, cuerpo cilindrado, y colectores. Las calderas son usadas para la produccion de vapor (para la generacion de Energia Electrica o procesos de calefaccion o para la produccion de agua caliente ( para sistemas de calefaccion o suministros de agua caliente sanitaria).

PARTES DE UNA CALDERA 

Tubo Hogar o Camara de Combustion: Es el lugar donde se realiza la reaccion de combustion.

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Camara hogar: Es el elemento que recibe los humos procedentes del tubo hogar.

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Quemador: Es el dispositivo que se encarga de realizar la mezcla del combustible con el comburente para facilitar la combustion.

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Intercambiador de calor: Es donde se realiza la transferencia de energia termica obtenida con la combustion al fluido termico.

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Salida de humos: Es un conducto por donde circula los humos y gases calientes de la combustion hasta la chimenea.

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Chimenea: Es el conducto hacia la atmosfera.

de salida de los gases y humos de la combustion

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA CALDERA PARA GENERAR VAPOR El agua de alimentacion que va a la caldera es almacenada en un tanque o camara de agua con capacidad suficiente para atender la demanda de la caldera, asi una valvula de control de nivel mantiene el tanque con agua, a su vez una bomba de alta presion empuja el agua hacia adentro de la caldera por medio de tuberias (tubos), al tiempo que, se da la combustion en el hogar, esta es visible por el funcionamiento del quemador en forma de flama, el quemador es controlado automaticamente para pasar solamente el ccombustible necesario, la flama o calor es dirigida y distribuida a las superficies de calentamiento o tuberias donde la energia termica liberada en el proceso de combustion se transmite al agua contenida en los tubos ( puede ser acuotubular o pirotubular) por medio del proceso de radiacion, conduccion y conveccion el agua se transforma en vapor, dicho vapor es conducido por tuberias a los puntos de usos, la caldera en su parte superior se encuentra una chimenea la cual conduce hacia afuera los humos o gases de la combustion, en la parte inferior de la caldera se encuentra una valvula de salida llamada purga de fondo es por donde sale la mayoria de polvos, lodos y otras sustancias no desesadas que son purgadas de la caldera. Existen multiples controles de seguridad para aliviar la presion si esta se incrementa mucho, para apagar la flama si es que el nivel de agua es demasiado bajo o para automatizar el control del nivel de agua. Mayormente se fabrican a base de acero laminado con hierro fundido y templado, que son materiales altamente resistentes a temperaturas y presiones elevadas.

TIPOS DE CALDERAS Calderas de fundicion: La transmision de calor tiene lugar en el hogar, area de intercambio peque;a y rendimientos bajos, tiene poca perdida de carga en los humos y por ello suelen ser tiro natural. Calderas de acero: Para combustibles gaseosos o liquidos, por lo que tiene mayor superficie de contacto y su rendimiento es mejor. Calderas murales: De dise;o compacto y reducido, empleadas para instalaciones familiares y calefaccion .

CLASIFICACION DE LAS CALDERAS 

Por la disposicion de los fluidos dentro de los tubos de la caldera: ACUOTUBULARES El fluido circula por el interior de los tubos y los gases calientes se encuentran en contacto con las caras exteriores de ellos, estas tubos pueden ser rectos o curvados. La llama se forma en un recinto de paredes tubulares que configuran la camara de combustion. Soporta mayores presiones en el agua, pero es mas cara, tiene problemas de suciedad en el lado del agua, y menor inercia termica. El vapor o agua caliente se genera dentro de estos tubos, con este tipo de calderas se puede trabajar a mayores presiones y potencias que con las pirotubulares. El funcionamiento de calderas acuotubulares basan principalmente en el principio de la transformación de vapor y agua. En estas calderas, los tubos longitudinales interiores 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.

Campo de Aplicación: -

Generadores de agua caliente.

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Generadores de agua sobrecalentado.

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Centrales termoelectricas.

Caracteristicas: -

Presiones de trabajo hasta 350 bares.

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Capacidades de 20 Hp hasta 2000 Hp.

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Produccion de vapor, de 1 a 200 tn/hr.

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Temperatura hasta 600 ©

Desventajas: -

Alto coste de adquisicion.

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Alto coste de montaje.

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Baja calidad de vapor

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Alta exigencia para el agua de alimentacion.

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Bajo rendimiento.

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Debido al peque;o volumen de agua , le es mas dificil ajustarse a las grandes variaciones del consumo de vapor.

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Tiempos prolongados para mantenimiento.

Ventajas: -

Eficiencia termica mayor que la de los tubulares.

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Menor peso por unidad de potencia.

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Son mas livianas que el pirotubular.

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Ideal para produccion de vapor seco.

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Mayor seguridad para altas presiones.

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Mayor eficiencia.

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Son inexplosivas.

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Sin limite de produccion de vapor.

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Puede alcanzar altas temperaturas de vapor sobrecalentado y recalentado.

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Tiempos bajos para alcanzar el vapor generado.

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Gran flexibilidad para responder a las variaciones de carga, debido a su relaiva peque;a cantidad de agua.

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Absorcion de calor grande, debido a su circulacion controlada.

CALDERA PIROTUBULAR Como su nombre lo indica, en esta caldera el humo y los gases calientes circulan por el interior de los tubos y el agua se encuentra por el exterior.

Caldera pirotubular horizontal

Funcionamiento: El calor liberado en el proceso de combustión es transferido a través de las paredes de los tubos al agua que los rodea quedando todo el conjunto encerrado dentro de una rodea, envolvente o carcasa convenientemente calorifugada. A través de este recorrido, el humo, ceden gran parte de su calor al agua, vaporizándose parte de esta agua y acumulándose en la parte superior del cuerpo en forma de vapor saturado. Esta vaporización parcial del agua es la que provoca el aumento de la presión del interior del recipiente y su visualización en el manómetro. Los valores máximos o aproximados de producción de una caldera pirotubular son aproximadamente 200 t /h, 30 bar y 300 ºC. Las calderas pirotubulares pueden producir agua caliente o vapor saturado. Estas calderas también son denominadas también igneotubulares o pirotubulares y pueden ser verticales u horizontales. Se caracterizan por disponer de tres partes bien definidas:

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Una caja de fuego donde va montado el hogar. Esta caja puede ser de sección rectangular o cilíndrica, es de doble pared, por lo que el hogar queda rodeado de una masa de agua.

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Un cuerpo cilíndrico atravesado, longitudinalmente, por tubos de pequeño diámetro, por cuyo interior circulan los gases calientes.

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Una caja de humos, que es la prolongación del cuerpo cilíndrico, a la cual llegan los gases después de pasar por el haz tubular, para salir hacia la chimenea. Estas calderas trabajan, casi siempre, con tiro forzado, el cual se consigue mediante un chorro de vapor de la misma caldera o utilizando vapor de escape de la máquina.

Pueden producir agua caliente o vapor saturado. En el primer caso, se les instala un estanque de expansión que permite absorber las dilataciones del agua. En el caso de las calderas de vapor poseen un nivel de agua a 10 o 20 cm sobre los tubos superiores.

Aplicaciones: Las calderas de vapor proporcionan grandes ventajas para muchas aplicaciones en varios sectores industriales. He aquí algunos ejemplos de estas aplicaciones: Industria alimentaria: panaderías industriales, carnicerías, procesos de rendering, fabricación de comida procesada y comida para bebés, bebidas y productos lácteos. 

Industria textil: secadores rotativos, teñido, balanceo y tejido.

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Industria química: reactores y almacenaje.

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Farmacéuticas: fabricación de medicamentos y componentes, vacunas, vapor estéril.

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Cosmética: perfumes, cremas.

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Industria papelera / de impresión: túneles de secado, secado de impresión, cartón ondulado.

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Industria cementera: fabricación de piezas de cemento.

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Industria aceitera: distribución y almacenaje de aceites pesados.

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Industria maderera: procesos de melanina y madera contrachapada.

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Hospitales / Hoteles: lavandería, cocina.

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Industria automovilística y tratamiento de superficies: acabado del metal, electrodepósitos.

Ventajas: 

Menor coste inicial, debido a la simplicidad de diseño en comparación con las acuotubulares de igual capacidad.

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Mayor flexibilidad de operación, ya que el gran volumen de agua permite absorber fácilmente las fluctuaciones en la demanda.

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Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación porque las incrustaciones formadas en el exterior de los tubos son más fáciles de atacar y son eliminadas por las purgas.

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Facilidad de inspección, reparación y limpieza.

Desventajas: 

Mayor tamaño y peso que las acuotubulares de igual capacidad.

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Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.

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Gran peligro en caso de exposición o ruptura, debido al gran volumen de agua almacenado.

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No son empleadas para altas presiones.

Ejemplo Una caldera consume en 24 h 152,5 kg de gasóleo C (PCI=40000 kJ/kg). Determinar el diagrama Sankey y rendimiento de la caldera. Se dispone de la siguiente información adicional: temperatura de los humos: 210◦C, coeficiente de exceso de aire: n = 1,2, pérdidas por inquemados: 2 %, pérdidas por las paredes: 3,8 kW. Cond. ambientales: 101300 Pa y 25◦C. Energía aportada por el combustible,

Q˙ f = m˙ f PCI = (152,5/24/3600)40 000 = 70,6 kW Pérdidas por las paredes,

P˙p = 3,8 kW , Pp ( %) = 5,3 % Pérdidas por inquemados,

Pinq ( %) = 2,0 %, P˙inq = 1,4 kW Pérdidas por gases de escape

m˙ ge = 0,00176(1 + 1,2 · 13,67) = 0,031 kg/s P˙ge = m˙ ge c p,ge (tge − tre f ) = 0,031 · 1,1(210 − 25) = 6,25 kW (8,85 %). Energía útil

E˙u = Q˙ f −P˙ge −P˙par −P˙inq = 70,6−6,25−3,8−1,4 = 59,2 kW Rendimientos de la caldera E˙u

𝐸̇ 𝑢 59.2 (%) = 100 ∗ ̇ = 100 ∗ = 83.3% 𝑄 70.6 𝑓

BIBLIOGRAFIA http://www.absorsistem.com/tecnologia/calderas/acuotubular https://es.slideshare.net/ita7/calderas-39057438 https://calderaindustriales.wordpress.com/2015/08/26/calderas-acuotubularfuncionamiento/ https://vycindustrial.com/calderas-de-vapor-pirotubulares-y-acuotubulares/ http://www.absorsistem.com/tecnologia/calderas/pirotubulares https://es.slideshare.net/Aguer0o0/calderas-de-vapor-pirotubulares-y-acuotubulares