Unidad 2

1

UNIDAD 2 GENERADORES DE VAPOR

2

COMPETENCIA ESPECÍFICA

• Seleccionar los generadores de vapor atendiendo la normatividad nacional e internacional, cargas térmicas y parámetros de trabajo. • Aplicar los conocimientos de la termodinámica para el cálculo del balance térmico de un generador de vapor.

Subtema

ÍNDICE

3

Página

Vídeo

4

Introducción

5

Definición

6

2.1 Clasificación de los generadores de vapor.

56

2.2 Selección de los generadores de vapor.

74

2.3 Reglamentos industriales.

77

2.4 Componentes del sistema de alimentación de agua.

78

2.5 Tratamiento de agua de alimentación.

86

2.6 Balance térmico de un generador de vapor.

87

Bibliografía

94

Componentes de una caldera

Anexo 1

Instrumentos de Control para Calderas

Anexo 2

4

5

INTRODUCCIÓN La primera mención de la idea de utilizar vapor para obtener energía aparece en La neumática, del inventor y matemático griego Herón de Alejandría, en el siglo I. Allí describió su eolípila, una turbina de vapor que consistía en una caldera conectada mediante dos tubos a los polos de una esfera hueca que podía girar libremente. La esfera estaba equipada con dos boquillas biseladas por donde salía vapor que producía la rotación de la esfera.

6

DEFINICIÓN Son las unidades diseñadas para producir vapor a partir del intercambio térmico entre el agua y una fuente de alto contenido calórico, la cual puede ser gases producto de una combustión u otro fluido.

• Una caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado. • Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor. • Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas. • Generar electricidad a través de de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

TÉRMINOS CALDERA:

DE

UNA

• Agua de alimentación: Es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red. • Agua de condensado: Es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor. • Vapor seco: Vapor de óptimas condiciones. • Vapor húmedo: Vapor con arrastre de espuma proveniente de una agua de alcalinidad elevada.

• Condensador: Sistema condensar el vapor.

que

permite

• Estanque de acumulación: Es el estanque de acumulación y distribución de vapor.

• Desaireador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.

• Purga de fondo: Evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.

• Purga de superficie: Evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.

• Fogón u Hogar: Alma de combustión del sistema.

• Combustible: Comburente que se transforma en energía calórica que permite la vaporización.

• Agua de calderas: Agua de circuito interior de la caldera cuyas características dependen de los ciclos y del agua de entrada.

• Ciclos de concentración: Número de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentación. • Alcalinidad: Nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una concentración de iones carbonatos e hidróxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11.5. • Desoxigenación: Tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas.

DEFINICIÓN: • Incrustación: Sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de sulfato, carbonato o silicato de magnesio y calcio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.

DEFINICIÓN: • Dispersante: Sistema químico que mantiene los sólidos descohesionados ante un evento de incrustación. • Antiincrustante: Sistema químico que permite permanecer a los sólidos incrustantes en solución. • Anticorrosivo: Sistema químico que brinda protección por formación de films protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.

CALDERAS DE VAPOR 1992 CAUSA DEL INCIDENTE (Falla)

ACCIDENTE S

Válvula de seguridad

198

Control de límites

11

Instalación deficiente

34

Reparación deficiente

10

Diseño o fabricación deficiente

15

Operación o mantenimiento

ESTADÍSTICOS

MEXICANOS

20

ESTADOS

UNIDOS

8

1

150

6

27 3 447DE VAPOR 172001 CALDERAS

CAUSA DEL INCIDENTE (Falla)

DATOS

MUERTO S

2

Corte por bajo nivel

ACCIDENTES EN CALDERAS Equipo de combustión SUBTOTALES EN LAS ULTIMAS DÉCADAS

HERIDOS

Válvula de seguridad Corte por bajo nivel

ACCIDENTE S

HERIDOS

MUERTO S

4 161

Control de límites

8

Instalación deficiente

2

Reparación deficiente

1

Diseño o fabricación deficiente Operación o mantenimiento

1 2

3

2 82

50

7

OPERACIÓN DE CALDERAS • Operación segura • Operación eficiente • Operación confiable

21

22

ACTIVIDADES • Entrenamiento de personal • Leyes, normas • Procedimientos • • • •

Preliminares Arranque Operación Mantenimiento

ENTRENAMIENTO DE OPERADORES • Responsabilidad de los operadores • Funcionamiento eficiente y seguridad del personal y del equipo

• Conocimiento de Componentes • Diseño, funciones, limitaciones e interrelaciones

• Participación en inspecciones y montajes • Periodo inicial supervisado • Actualización 23

24

PREPARATIVOS PARA ARRANQUE • Inspección de la caldera y sus auxiliares • Limpieza (tanques y tuberías) • Prueba hidrostática (previsiones) • Instrumentos (calibración) • Controles (ajustes o paso a manual)

PREPARATIVOS PARA ARRANQUE (CONT.)

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(bombas, ventiladores, sistemas de combustible, agua y drenaje)

• Auxiliares

• Refractarios • Limpieza química • Soplado de sobrecalentadores y líneas de vapor • Válvulas de seguridad

ARRANQUE (OBJETIVOS) • Protección de componentes • corrosión • recalentamiento, • esfuerzos térmicos

• Prevención de explosiones • Producción adecuada de vapor

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PROCEDIMIENTOS DE ARRANQUE • Llenado inicial

• calidad y temperatura del agua • desalojo de aire • ajuste del nivel • Establecer circulación • Purga de aire del hogar

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PROCEDIMIENTOS DE ARRANQUE (CONT.) • Economizador

• purga de vapor • recirculación de agua del tambor • Sobrecalentador

• drenaje de agua • control de temperatura de humos • Tambores y cabezales

• temperaturas y diferenciales de temperatura

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PRUEBAS DE EFICIENCIA • Registro de referencia • Balance térmico • Energía útil (rendimiento) • Pérdidas • • • • •

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Gases secos Combustible en humos y cenizas Radiación de calor Humedad del combustible y de combustión Intangibles

OPERACIÓN NORMAL DE CALDERAS • Operación segura y eficiente • Limpieza • Controles e instrumentos efectivos • Registro de variables • • • •

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Producción de vapor, presión y temperatura Consumo de combustible Relación aire/combustible Emisiones

SISTEMAS DE CONTROL • Componentes

• • • •

Parámetros a regular Factores de perturbación Factores de regulación Medios de regulación

• Sistemas de control de una caldera

• Nivel/Agua de alimentación • Combustión/Presión • Otros: Temperatura del vapor, Calidad del agua, Tiro

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IFO

IPV

ACEITE Ref.

Error en Presión Vap.

AIRE

GAS

Flujo de Combustibles

Controlado r de Presión

Controlador Aire/Comb.

T

Demanda de Combustibl e

A

A

Corrección x Combustible

Error en Flujo de Aire Control. de Flujo de Aire

A A

T

Compuert as de Ventilad.

Fa(x)

32

IFA

IFG

Flujo de Aire

Control de Combustión de Gas y Aceite Combustible IPV

Contr ol de Tiro IPT

Corrección x Flujo de Aire

Fo

Error en Flujo de Combust.

IFO Controlad or de Combust.

A A

IF G

T

Regulador de Aceite

Fg Regulador de Gas

IFA Fo(x)

Fg(x)

Fa

OPERACIÓN ANORMAL DE CALDERAS • Situaciones de riesgo • Bajo/Alto nivel de agua • Altas/Bajas temperaturas de los humos • Temperaturas o diferenciales de temperatura (metal) elevados • Pérdida de llama y reencendido • Quemadores defectuosos • Acumulación de combustibles • Falta de purga de aire

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OPERACIÓN ANORMAL DE CALDERAS • Causas • Error humano • Ignorancia o negligencia • Equipos e instrumentos desfavorables • Equipos y controles incompatibles

• Diseño deficiente • Componentes seguros, confiables, mantenibles? • Sistemas a prueba de fallas?

34

OPERACIÓN ANORMAL DE CALDERAS • Fallas Comunes • Combustibles gaseosos:

fugas, composición

variable, venteos alto PCS, composición variable, materias extrañas, cambios de carga, ubicación de componentes

• Combustibles líquidos:

• Condiciones estrictas de emisiones y eficiencia

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OPERACIÓN ANORMAL DE CALDERAS • Prevención • Entrenamiento en acciones de emergencia • Bajo nivel de agua • Temperaturas extremas de humos, tubos o tambores • Fugas en los tubos

• Sistemas automáticos de protección y alarma

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SISTEMAS DE PROTECCIÓN • Supervisión de condiciones • • • • •

Variación de condiciones Disparo completo Prevención de operaciones Programación de secuencias Registro de parámetros

• Sistema de alarmas luminosas y sonoras

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SISTEMA DE PROTECCIÓN DE LLAMA SISTEMA PILOTO Falla de llama o Presión peligrosa de gas o Baja ΔP de aire VENTILADORES VTI/VTF Falla de algunos •Falla de todos

COMBUSTION PRINCIPAL Alta presión en el hogar o Baja presión de aceite a quemadores o Ultimo quemador cerrado o Falla de llama en todos los quemadores activos o Falla de llama de varios quemadores Falla de llamaactivos de un o Interruptor manual quemador (otros de activado llama estable)

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Cerrar gas a pilotos y abrir vente o Apagar chispas de ignición Reducir aceite principal

CONTROL MAESTRO DE DISPARO Indicador de disparo

Cerrar paso de aceite ppal (suministro y retorno) Cerrar cada quemador y apagar pilotos y chispas de encendido

SISTEMAS CONTRAINCENDIO • Riesgos • • • • •

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Sistema de combustible Calderas (quemadores y precalentador de aire) Sala de control e instalaciones eléctricas Tuberías calientes Sistema de tratamiento de agua

SISTEMAS CONTRAINCENDIO • Medidas • • • • • •

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Gas: detector de CH4 y agua a presión Aceite: espuma y agua a presión PC de Aire: toberas de agua o vapor Controles: detectores de humo y extinguidores de CO2 Entrenamiento de personal Revisión periódica de equipos

MANTENIMIENTO (OBJETIVOS) • Fallas mecánicas del cuerpo de presión • Reducción de resistencia, espesor o agrietamiento

• Reducción en la eficiencia de la unidad • Costo de combustible

• Fallas en equipo auxiliar • Bombas, ventiladores, calentadores, aislantes, refractarios • Sistemas eléctrico, de control y protección

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FALLAS EN EL CUERPO DE PRESIÓN • Recalentamiento • • • • •

Calor intenso Circulación deficiente de agua o vapor Depósitos incrustantes Fugas Variación brusca de carga

• Fluencia lenta “Creep” • Calor intenso

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FALLAS EN EL CUERPO DE PRESIÓN • Corrosión

• • • • •

(interna, externa o localizada)

Gases disueltos en el agua Descontrol de aditivos químicos Activación mecánica Circulación deficiente Calor intenso

• Fragilización

• Depósitos incrustantes • Variación brusca de carga • Calor intenso 43

FALLAS EN EL CUERPO DE • Erosión PRESIÓN • Flujo de hollín o cenizas • Acción de soplatiros • Limpieza mecánica

• Fatiga (mecánica o térmica) • Vibraciones inducidas • Uniones de materiales o espesores diferentes • Inestabilidad de combustión

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MÉTODOS DE PREVENCIÓN • Tratamiento de agua • Procesos químicos • Regulación de purgas

• Vigilancia de: • • • •

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Composición de agua y purga Calidad del vapor Temperaturas de tubos, tambores y humos Procedimientos de cambio de carga

MÉTODOS DE PREVENCIÓN • Inspecciones periódicas de espesores de metal, depósitos incrustantes y lodos • Limpieza química • Detección de fugas • Registro y evaluación de operaciones • Evaluación periódica de equipos, personal y procedimientos

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TRATAMIENTO DE AGUA • Acondicionamiento del agua de: • Reposición • Retorno de condensado • Circulación en la caldera

• Propósitos • Reducir depósitos en superficies internas • Reducir corrosión en superficies internas • Reducir “arrastre” de sólidos en el vapor 47

• AGUA DE REPOSICIÓN • Impurezas • Sólidos suspendidos: • lodos, arcilla, arenilla, óxidos metálicos

• Sólidos disueltos: • cationes (SiO2, Fe, Ca, Mg y Na)

• iones (carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloruros) • Gases disueltos • N2, O2, CO2, NH4

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AGUA DE REPOSICIÓN (CONT.) • Tratamientos Según calidad del agua

y presión de la caldera • Coagulación (Alumbre, Sulfato de Hierro) • • • • • • •

49

Cloración Filtrado (Arena, Carbón Activado) Suavización Ciclo Sodio Suavización con Cal (220 ºF) Suavización y Dealcalinización Desmineralización Evaporación y desgasificación

RETORNO DE CONDENSADO

• Impurezas

• Productos de corrosión • Hidróxido y óxido ferrosos • Oxido de Cobre

• Contaminantes • Infiltración de agua de enfriamiento • Sustancias usadas en procesos

• Gases • O2 y CO2 descomposición de carbonatos

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RETORNO DE CONDENSADO (CONT.) • Tratamiento • Tratamientos del agua de reposición • Tratamiento químico específico • Aminas

• Volátiles neutralizantes del CO2 • Filmicas protectoras de los metales

• Suavización o desmineralización • Filtrado de óxidos • Filtros Electromagnéticos • Filtros normales

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AGUA DE CIRCULACIÓN DE LA CALDERA • Objetivos • Control final de corrosión • Control del Ph de 8 a 9.5 • Control de Oxígeno y CO2

• Control final de depósitos • Control de arrastre de sólidos o gases

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AGUA DE CIRCULACIÓN DE LA CALDERA (CONT.) • Control del Ph • Aminas neutralizantes o fílmicas • Tratamientos de cal-soda

• Control de Oxígeno • Desgasificación • Aditivos: • Sulfito de Sodio Na2SO3 (hasta 1800 psi) • Hidrazina N2H4

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AGUA DE CIRCULACIÓN DE LA CALDERA (CONT.) • Control de depósitos

la presión de la caldera)

(tratamientos según

• Fosfato-Polímero (hasta 1000 psi) • Inorgánico o Alcalino • Orgánico

• Quelato-Polímero (hasta 1500 psi) • Aminas Volátiles (sobre 1500 psi)

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EVALUACIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUA • Analizadores • • • • • • •

55

Dureza Fosfatos residuales Hidrazina residual Oxígeno Hierro Cobre Sílice

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2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS GENERADORES DE VAPOR. Los generadores de vapor más conocidos son: Los rehervidores y las calderas y ellos pueden ser de muchas formas y tamaños determinados por los requerimientos del usuario y las limitaciones de espacio. Las variables en el diseño de estos generadores casi no tienen límites pues existen muchos factores implicados en su selección y operación. De cualquier manera, al escoger uno de estos equipos se debe tener en cuenta que llene los siguientes requisitos básicos: • Adecuado tamaño de todos sus componentes. • Tiempo de vida satisfactorio. • Acceso a todas sus partes para inspección/reparación. • Disponibilidad de partes para reposición. • Seguridad y contabilidad en su operación. • Costos de instalación y operación.

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Rehervidores. El reboliler o rehervidores son intercambiadores de calor que conectados a la base de una columna de destilación proporcionan el calor necesario para devolver el vapor al fondo de la columna y permitir así que se lleve a cabo la destilación. Estos equipos pueden tomar diferentes formas, así por ejemplo, los fraccionadores pequeños utilizados en el trabajo de plantas piloto tal vez requieran simplemente de una olla con chaqueta. Pero necesariamente será pequeña la superficie de transferencia de calor y la capacidad correspondiente de generación de vapor.

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De termosifón vertical: Es el más utilizado en los procesos modernos de destilación siendo del mismo tipo de tubo y coraza pero con la configuración vertical. El fluido de calefacción circula fuera de los tubos (por la coraza) en contra corriente con el fluido a evaporar, que circula por dentro de los tubos. En este equipo también retorna a la torre una mezcla de líquido-vapor y es en el espacio en el fondo de la columna, por debajo del último plato, donde se produce la separación.

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De circulación forzada: En general operan con el siguiente esquema: el líquido del último plato de la torre se mezcla con el líquido procedente del rehervidor en el fondo de la columna, de manera que tanto el producto de fondo dela destilación como el líquido que se recircula al rehervidor están constituidos por esta mezcla. No obstante, gracias a la bomba estos rehervidores operan con grandes reciclos y por lo tanto, la cantidad de líquido que proviene del rehervidor es considerablemente más alta que la cantidad de líquido que desciende del último plato de la columna, así que el producto de fondo, está constituido prácticamente por el líquido que se obtiene en el termosifón el cual está en equilibrio con el vapor generado, es decir, que con circulación forzada, los rehervidores se comportan como un plato teórico

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De circulación natural: Intercambiadores verticales con vaporización en los tubos, o intercambiadores horizontales con vaporización en el casco. La circulación del liquido a través del intercambiador es mantenida por la diferencia de densidades entre las mezclas de dos fases de vapor y liquido en el intercambiador y la fase simple de liquido en la base de la columna. Así como, en la circulación forzada, se necesita un recipiente de separación si este tipo es usado como un vaporizador.

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Calderas: De manera elemental una caldera se puede definir como un recipiente cerrado en el cual el agua se evapora en forma continua por la aplicación de calor por medio de gases. Estos gases generalmente son producto de la quema de un combustible fósil en el horno de la caldera, aunque pueden ser también el producto de un proceso como los gases resultantes de reacciones en las unidades de ruptura catalítica.

TIPOS DE CALDERA: • Acuotubulares: son aquellas en las que el fluido de trabajo se desplaza a través de tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones de salida y gran capacidad de generación. • Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula fuego y gases producto de un proceso de combustión.

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Para medir la potencia de la caldera, y como dato anecdótico, Watt recurrió a medir la potencia promedio de muchos caballos, y obtuvo unos 33.000 libras-pie/minuto o sea 550 libras-pie/seg., valor que denominó HORSE POWER, potencia de un caballo. Posteriormente, al transferirlo al sistema métrico de unidades, daba algo más de 76 kg m/seg. Pero, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de París, resolvió redondear ese valor a 75 más fácil de simplificar, llamándolo "Caballo Vapor" en homenaje a Watt.

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Caldera Tipo Locomóvil: Dentro de los diferentes tipos de calderas se han construido calderas para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros. Vemos una caldera multihumo tubular con haz de tubos movibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir los gases de combustión caliente, pasan por el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos. La entrada de hombre, que se ve abierta, es la base de la chimenea, es decir la caja de humos y en la parte superior se encuentra la salida de vapor.

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Calderas Pirotubulares. En los primeros diseños, la caldera era simplemente un casco o tambor con una línea de alimentación y una salida de vapor montado sobre una caja o marco de ladrillos. El combustible era quemado sobre una parrilla debajo del casco y el calor liberado era aplicado directamente a su parte inferior antes de que los gases salieran por la chimenea. Los diseñadores de calderas muy pronto aprendieron que calentar una gran masa de agua en un recipiente era notoriamente ineficiente, que era necesario poner una mayor porción de esa agua en contacto con el calor.

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De Retorno Horizontal. Son calderas de un bajo costo inicial y de simple construcción, muy usadas en sistemas de calentamiento de edificios y producción de vapor para pequeñas factorías. Consisten de un casco cilíndrico con gruesas paredes terminales entre las cuales se encuentra soportado un gran número de tubos de 3" o 4" de diámetro, aunque se pueden tener diámetros menores, esto da mayor superficie de transferencia y por ende mayor generación de vapor.

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De Horno Interno. Llamada también tipo escocés, la combustión tiene lugar en un horno cilíndrico que se encuentra dentro del casco o tambor de la caldera. Los tubos de humo están a lo largo del casco y envuelven al horno por los lados y su parte superior. Los gases que salen del horno cambian de dirección en una cámara en el extremo y regresan, recorriendo completamente la unidad, hasta una caja de humos localizada en el frente. Este tipo de caldera fue muy utilizado en los barcos.

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Calderas Acuotubulares. Las calderas de tubos de agua tuvieron su origen a finales del siglo XVIII, pero el modelo original dista mucho de lo diseños de hoy día. Una caldera acuotubular consta básicamente de tambores y de tubos. Los tubos a través de los cuales circula el agua y en los que circula el vapor generado están fuera de los tambores, estos son utilizados solo para almacenar agua y vapor, por lo que pueden ser mucho más pequeños en diámetro que el tambor de una caldera pirotubular y pueden soportar mayores presiones. El costo inicial de una caldera acuotubular es más alto que el de una caldera pirotubular equivalente, sin embargo, una mayor eficiencia compensará este costo inicial. La adición de algunos equipos destinados a la recuperación de calor permitirá la recuperación de los costos más rápidamente. Las calderas acuotubulares son de dos tipos: De tubos horizontales rectos y de tubos doblados.

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Caldera acuotubular de Cornwall

Caldera acuotubular de Steinmüller

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Caldera Belleville. Las calderas se construyen en una amplia variedad de tamaños, disposiciones, capacidades, presiones, y para aplicaciones muy variadas. La caldera de la izquierda tiene un hogar con dos entradas para ingreso del combustible sólido, con los tubos hervidores horizontales y domo frontal superior, con las válvulas de seguridad incorporadas. Es para una presión de unas 30 atm. y una temperatura de unos 400° C.

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Calderas de Tubos Doblados. Este diseño ofrece mayor flexibilidad pues donde la altura libre es limitada la caldera puede hacerse ancha y baja, o puede ser alta y estrecha en los sitios donde la limitante sea la amplitud. Los principales elementos de una caldera de este tipo son esencialmente tambores conectados por tubos doblados. Las primeras unidades fueron de 4 tambores y, aunque este era un diseño bastante aceptable, fue mejorado por el de 3 y más tarde por el de 2 tambores.

Calderas de Tubos Doblados y Paredes de Agua. Cuando se necesitaron calderas de mayor capacidad se hizo necesario aumentar el tamaño de los hornos lo que incremento fa temperatura en ellos. Esto trajo como consecuencia un excesivo mantenimiento en el refractario del horno, especialmente cuando se quemaba carbón. Las más altas temperaturas de gases incrementaron el ensuciamiento de las superficies de transferencias. En sus esfuerzos por producir calderas más eficientes y económicas los diseñadores desarrollaron un horno, virtualmente rodeado por una superficie de transferencia en forma de paredes. Estas paredes están constituidas por bancos de tubos y se llaman paredes de agua o paredes de tubos de agua y además de evitar las excesivas temperaturas por ensuciamiento aumentan la capacidad de generación. A partir de la aparición de las calderas con paredes de agua, los diseños se estandarizaron en tres tipos básicos: Calderas tipo A, tipo O y tipo D.

72

73

2.2 SELECCIÓN DE LOS GENERADORES DE VAPOR. El objetivo de un generador de vapor, además de generar vapor, es realizar con la máxima eficiencia posible la transferencia de calor, definiendo esta de una manera sencilla como la porción de calor liberado en el horno que es absorbido por les fluidos en los elementos de la caldera. Cuando se selecciona una generador de vapor se deben considerar los siguientes parámetros: • • • • • • • • •

Cantidad de vapor requerida. Presión, temperatura, calidad del vapor requerido. Futuros requerimientos. Localización de la unidad. Características de la carga. Tipos de combustibles disponibles. Diseño de quemadores. Calidad del agua de alimentación. Variaciones previstas de la carga.

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Una vez seleccionada y construida la caldera existen otros factores que afectan notablemente la eficiencia de la unidad pues inciden directamente en el estado de las superficies de transferencia térmica. Los tubos de la caldera son afectados internamente por las impurezas del agua que tienden a depositarse o a formar incrustaciones en las paredes, lo cual hace necesario someter el agua a tratamiento químico para minimizar este y otros efectos indeseables. La parte exterior de los tubos y otras zonas de la caldera son afectadas por depósitos que ensucian o incrustan las paredes. Estos depósitos son determinados principalmente por los siguientes factores:

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a. Tipo de combustible : • Combustible pulverizado (carbón) • Combustóleo • Gas natural b. Calidad del combustible: • Contenido de azufre y cloruros en el carbón • Contenido de cenizas y temperatura de fusión de ellas • Contenido de vanadio, sodio, azufre en el combustóleo c. Condiciones de combustión • Exceso de aire • Longitud de la llama • Turbulencia del aire – combustible a la salida del quemador • Turbulencia en el hogar • Temperaturas • Distribución del aire • Tipo de paredes en el hogar d. Diseño • Localización, tipo y espacio entre los elementos del supercalentador, calentador y economizador • Altura del hogar y temperatura de salida de gases

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2.3 REGLAMENTOS INDUSTRIALES.

En México está e vigencia la NORMA Oficial Mexicana NOM-020-STPS-2011 Campo de aplicación La presente Norma Oficial Mexicana rige en todo el territorio nacional y aplica en todos los centros de trabajo en donde funcionen recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas. Además también se debe considerar el impacto en el medio ambiente así que también se apoya en la NORMA Oficial Mexicana NOM-085-SEMARNAT-2011

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2.4 COMPONENTES DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE AGUA.

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Filtros de arena. La filtración de arena es frecuentemente usada y es un método muy robusto para eliminar los solidos suspendidos en el agua. El medio de filtración consiste en múltiples capas para arenas con variedad en el tamaño y gravedad especifica. Filtros de arena pueden ser suministrados para diferentes tamaños y materiales ambas manos operan de totalmente de forma automática.

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Suavizadores. Consiste en pasar el agua a través de un lecho de material, llamado RESINA, que posee la propiedad de remover el calcio y magnesio del agua y de remplazar estos iones con sodio

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Intercambiador de calor. Es un aparato que facilita el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes.

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Desaireador: es un equipo que remueve 02 (aire) de el agua de alimentación a calderas ya que el oxígeno es altamente corrosivo en los circuitos de vapor.

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Tanque acumulador. Las calderas con un depósito de almacenamiento (acumulador de agua caliente) son más capaces de hacer frente a las demandas de uso múltiple y puede suministrar agua a una temperatura alta y con un caudal muy alto. Tanques sin ventilación permiten presión de la red de suministro de agua, en lugar de depender de la gravedad como los sistemas tradicionales de ventilación abierta hacerlo.

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Bomba. Es una máquina que nos permite transportar un fluido de un sitio a otro, ya sea en un mismo nivel o a diferentes alturas. Una bomba de agua de alimentación de la caldera, es un tipo específico de la bomba, para bombear agua de alimentación en una caldera de vapor. Estas bombas son normalmente unidades de alta presión que tienen aspiración de un sistema de retorno de condensado y puede ser del tipo de bomba centrífuga o de desplazamiento positivo

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Válvula de retención. Se necesita en muchos servicios. Se usa como precaución de seguridad para evitar flujo inverso. O también para retener liquido en una tubería cuando se para una bomba

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2.5 TRATAMIENTO DE AGUA DE ALIMENTACIÓN. En México actualmente se cuenta con un proceso para el tratamiento de agua para la alimentación de generadores de vapor otorgada por la CONUEE (Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía)

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2.6 BALANCE TÉRMICO DE UN GENERADOR DE VAPOR. Definición: Es el registro de la distribución de energía en un equipo. Puede registrarse en forma de tablas o gráficos, lo que permite una mejor visualización de la situación. En muchas situaciones las expresiones matemáticas o fórmulas tienen que deducirse para cada caso con la ayuda de los fundamentos de termodinámica y/o transferencia de calor. Para que el balance térmico sea válido todos los datos registrados deben tomarse cuando el equipo o instalación se encuentre operando en condiciones de estado estable, vale decir, sin variaciones en su funcionamiento.

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Balance térmico de una caldera. Se refiere a los cálculos necesarios para cuantificar la distribución de energía. En este caso la energía que se libera por la combustión se divide en: - La entregada al vapor de descarga - Las pérdidas por la chimenea - Otras pérdidas indirectas Las pérdidas por la chimenea a su vez las podemos dividir en: - Calor perdido por el aire seco - Calor perdido por la humedad ambiente - Calor perdido por la humedad del combustible - Calor perdido por combustión incompleta. Si consideramos la humedad de los gases de la chimenea originado por la combustión del hidrógeno, se debería realizar el balance térmico en base al poder calorífico superior. Como no es conveniente conseguir la condensación del vapor de agua en la chimenea, no consideraremos esa posibilidad, por lo tanto tomaremos como referencia el poder calorífico inferior del combustible seco.

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BIBLIOGRAFÍA • •

Cengel Yunus A. Transferencia de calor y masa, Séptima edición, 2007, Editorial Mc Graw-Hill. Branan, Carl R. Manual de soluciones rápidas y exactas para los problemas cotidianos en la ingeniería de procesos, Segunda edición, 2002, Editorial Mc Graw-Hill. • Mataix, Claudio. Turbomáquinas Térmicas: turbinas de vapor, turbinas de gas, turbocompresores, 3ra Edición, 2001, Editorial Pearson. • Manual de operación, Servicio y Mantenimiento Powermaster. • Bayer Technology Técnica. Capacitación técnica. Servicios Especializados de Capacitación técnica para la industria mexicana. • Manual División Industrial Urrea. • INSTITUTO DE ENERGIA Y TERMODINAMICA www.ingecap.com/pdf/CALDERAS.pdf • http://www.librosmaravillosos.com/capitulo06.html • Capacitación Operación y Mantenimiento de Calderas • http://es.vbook.pub.con/doc/74291337/Calderas • Calderas Powermaster México www.powermaster.com.mxl MANTENIMIENTO DE CALDERAS • Norese.com/publicaciones/mantenciondeCalderas.pdf GUIA TECNICA DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE CALDERAS. Normateca.isste.gob.mx/webdocs/x10/200312100841372335.pdf?...

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Gracias Por su atención