2014 - i - pi sesion 06 - 054 calderas

8/12/2019 2014 - i - Pi Sesion 06 - 054 Calderas

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Instructor: Ing. Jos Manuel Garca PantigozoSEMESTRE I - 2014

[email protected]


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HISTORIA DEL VAPOR INDUSTRIAL


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DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR


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Calderas en Centrales Trmicas


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DESARROLLO DE LA GENERACIONDE VAPOR


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CALDEROS INDUSTRIALES

Son equipos para transferir calor producido por lacombustin de un combustible determinado

Se emplean para producir agua caliente, vaporsaturado, vapor sobrecalentado


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CALDEROS INDUSTRIALES

Es un recipiente cerrado elcual, por medio de calorproducido por uncombustible al quemarse,

transforma el agua quecontiene en vapor a unapresin mayor que laatmosfrica.


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CALENTAM IENTO DE EQUIPOS

DEL PROCESO

Uno o mas calderos proporcionan el vapor necesariopara usarlo en las mquinas y equipos de la planta enel proceso de calentamiento

La combustin siempre produce mater ial de desechohol ln ,cenizas, humo

Las trampas de vapor son dispositivos que se colocandespus de un equipo para separar el vapor hmedodel vapor saturado esta agua caliente se denomina

condensado el mismo retorna al caldero.


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MANERAS DE CALENTAR CONVAPOR SATURADO A) Vapor directo.-

Inyeccin directa del vaporal material

Se emplea en lugares dondeel condensado no esproblema

Uso: limpieza de paredes,maquinas

B) Vapor indirecto: Serealiza por medio dechaquetas, serpentinesintercambiadores

Transmite calor por lasparedes del recipiente alfluido

El vapor y el condensado no

entran en contacto con elmaterial a calentar


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APLICACIONES DEL VAPORSATURADO

El vapor de agua generado por un caldero tienemltiples aplicaciones, dependiendo de su presin,temperatura y caudal son:

1.- Calentamiento de maquinaria y equipos del proceso

2.-Generacin de fuerza motriz mecnica, por mquinas avapor


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APLICACIONES DEL VAPORSATURADO

3.- Generacin de fuerza motrizmecnica por turbinas

4.- Generacin de energaelctrica por turbinas

5.- Otros usos menores


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OTROS USOS MENORES

Sacar manchas en la lavandera

Limpiar fachadas de edificios

Limpieza de piezas de mquinasCalentamiento de las zona de lavado

Calentamiento de soluciones o concentracin

Aire acondicionado climatizado

VAPORADORES


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Clasificacin de los Calderos


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CLASIF ICACION DE LOS

CALDEROS

a ) Por la disposicin de los f luidos

- De tubos de agua (acuotubulares)

- De tubos de humo (pirotubulares)

b) Por la circulacin de agua

- Circulacin natural

-Circulacin asistida

- Circulacin forzada


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CALDEROS c) Por el mecanismo de transmisor de calor

- De conveccin

- De radiacin

- De radiacin y conveccin

d) Por el combustible empleado

- De carbn mineral

-De combustible lquido

- De combustible gaseoso

-Nucleares


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CALDEROS

Por la presin de trabajo:

-Subcrtico

- De baja presin p< 20 Kg /cm2

- De alta presin p> 64 Kg/ cm2Supercrtico

Por el tir o: Tir o natural

Ti ro forzado Tiro inducido


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CALDERO

PIROTUBULAR


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Caldero pirotubularLos gases de combustin circulan por dentro de los

tubos, y el agua los rodea por fuera


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Adems de los elementos de instrumentacin elemental comomanmetro y presostato (PI y PS respectivamente), debeconsiderarse los siguientes elementos: Control de nivel Vlvula de seguridad Vlvulas de salida y purga

Este tipo de generadores, por su diseo no admiten presiones detrabajo elevadas, ms all de las dos o tres atmsferas; son deconstruccin sencilla y disponen de moderada superficie deintercambio, por lo que no se utilizan para elevadas

producciones de vapor. Su rendimiento global esperado a lo largo de su vida til no

supera el 65% en el mejor de los casos. Son en compensacin, muy econmicos en costo y de

instalacin sencilla, por lo que su utilizacin actual primordiales para calefaccin y produccin de vapor para usosindustriales.

Caldero pirotubular


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Caldero pirotubular


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Calderas Igneotubulares o Pirotubulares:


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Calderas Igneotubulares o Pirotubulares:

Son aquellas en que los gases y humos provenientes de lacombustin pasan por tubos que se encuentran sumergidos en el

agua.

Ventajas:

Menor costo inicial debido a su simplicidad de diseo.

Mayor flexibilidad de operacin

Menores exigencias de pureza en el agua de alimentacin.

Inconvenientes:

Mayor tiempo para subir presin y entrar en funcionamiento.

No son empleables para altas presiones


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CALDERO

ACUATUBULAR


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Caldero acuatubularSon aquellos en los que el agua o vapor circula por dentro de

los tubos. El esquema funcional es el siguiente:


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Caldero acuotubular

Caldero acuatubular


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Caldero acuatubular

A los efectos de fijarconceptos, se puede ver

una vista general delarmado de una calderade 120 T/h, de tipoconvencional,


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Calderas Acuotubulares:


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Calderas Acuotubulares:

Son aquellas en que los gases y humos provenientes de

la combustin rodean tubos por cuyo interior circula agua.

Ventajas:

Pueden ser puestas en marcha rpidamente.

Son pequeas y eficientes.Trabajan a 30 o mas atm.

Inconvenientes:

Mayor consto

Debe ser alimentadas con agua de gran pureza.


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CALDERAS DE VAPORIZACIN INSTANTNEA

Existe una variedad de lasanteriores calderas,denominadas de vaporizacininstantnea, cuya

representacin esquemticapodra ser la de un tubocalentado por una llama, en elque el agua entra por unextremo y sale en forma de

vapor por el otro.


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COMPONENTES PRINCIPALES


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Conjunto del Quemador:prender el equipo, este dispositivohace que se produzca una chispa entre los electrodosoriginada por el alto voltaje que produce un transformador, seenciende el piloto, se abre el paso de combustible y de aire

para que encienda la flama, y una vez que la fotocelda verifica

lo anterior, se mantiene en funcionamiento. El conjunto delquemador comprende las boquillas, los electrodos, lafotocelda y el can quemador.


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Control de nivel del agua: Verifica que el nivel del agua dentro de lacaldera sea un nivel seguro para que sta encienda. Durante la operacin,vigila y corrige errores; si baja el nivel, enva una seal a la bomba dealimentacin para que arranque e inyecte ms agua, si contina bajando,por seguridad enva otra seal al quemador para que se apague y nopermite que se encienda hasta tener un nivel seguro; y en caso de que suba

el nivel del agua, enva una seal para que se pare la bomba. El sistema decontrol de nivel del agua comprende del cristal de nivel visual, grifos deprueba del cristal de nivel, columna de nivel y control de nivel de agua


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Bomba de inyeccin deagua: Al bajar el agua delnivel mnimo de operacin,recibe la seal del control deagua y arranca, tomando aguadel tanque de condensado eintroducindola a la caldera;

en cambio, cuando sobrepasaun nivel de seguridadprefijado, tambin se apagapara no exceder el nivel deoperacin y ahogar la caldera.


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Cuerpo de la caldera: En el interior de la caldera se encuentra el

hogar (espacio donde se lleva a cabo la combustin) y los tubos,donde se lleva a cabo el calentamiento del agua, ya sea interior oexteriormente, y tiene un aislamiento interior y exterior para evitar

prdidas de calor y quemaduras al personal. Tambin cuenta con

tapas y registros para permitir el acceso para darle mantenimiento.Comprende de tubos, material refractario, mamparas (no siempre),empaques.

Si t d b tibl E i i l li i d


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Sistema de combustible: Este sistema mantiene la alimentacin decombustible adecuada para la combustin que se realiza en el hogar de lacaldera. Comprende tuberas, filtros, bomba de combustible y vlvulasolenoide.

Sistema de aire: Este sistema es el elemento primordial para mantener unacombustin. Debe ser regulado de acuerdo al consumo de vapor y enproporcin adecuada al combustible, para mantener la flama con unacombustin no contaminante y econmica. Comprende la malla del ventilador,el ventilador y las varillas de ajuste para el modulador de entrada del aire.

Controles elctricos: El programador es el cerebro de la caldera, ya que seencarga de efectuar la secuencia adecuada del encendido y apagado del equipo.En este sistema existen auxiliares de arranque y paro por presin (presostato), apartir de una presin establecida. Enva una seal para modular la flama,variando la entrada de aire a travs del modulador de entrada del aire.Comprende del control programador, presostato, control de nivel de agua,modulador de entrada del aire y alarma.


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EQUIPOS AUXILIARES PARA EL

SISTEMA DE GENERACIN DEVAPOR


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Equipo de suavizacin de agua: Convierte elagua comn en agua blanda, la cual puede ser

utilizada para alimentar la caldera.

Tanque de retorno de condensados: Es un recipiente


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q pque contiene el agua de alimentacin a la caldera y debede cumplir con tres funciones primordiales:

Mantener una reserva mnima de agua,suficiente paraalimentar a la caldera durante 20 minutos; esto determina lasdimensiones que debe tener.

Recuperar el agua suave de los retornos de los condensados.Para mantener econmica la produccin de vapor, deberecolectarse el condensado, ya que es agua suavizada ycalentada, que tiene un costo extra en su produccin y por lotanto no debe desperdiciarse.


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Precalentar el agua de alimentacin a la caldera.El

agua de alimentacin a las calderas debe estar a lamayor temperatura posible para evitar daos internosa la caldera al introducirle agua fra, y adems por

economa, para gastar menos combustible al elevar latemperatura del agua para convertirla en vapor.Cuanto ms caliente se le introduzca el agua, msaumenta la capacidad de la caldera.


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Tanque deareador o desaereador: Cuando las calderasinstaladas sobrepasan de 200 caballos caldera, paraproduccin de vapor, se justifica la utilizacin de estetipo de tanque, que cumple con las mismas funciones del

tanque de condensados, adems de que remueve elexcedente de aire y los gases corrosivos (oxgeno,bixido de carbono) a travs de un deareador que seinstala en su interior para crear corriente de vapor que

obligue a salir por el venteo (puede ser automtico omanual).

TRANSMISION DE CALOR


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TRANSMISION DE CALOR

La transmisin de calor desde la fuente caliente (gases decombustin) al fluido de trabajo (aguavapor) se realiza atravs de la superficie de intercambio, en este caso, las paredesde los tubos del generador.

El proceso reconoce tres efectos:

1. Radiacin(desde los gases calientes y luminosos hacia las paredesexternas de los tubos)

2. Conveccin(desde los gases en la capa lmite contra la pared exteriorde los tubos)

3. Conduccin(entre las superficies externa e interna de los tubos) 4. y nuevamente conveccinen la capa lmite de la superficie interna de

los tubos hacia el fluido de trabajo.


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Tiro

Es la diferencia entre la presin dela caldera y la presinatmosfrica.

El tiro es necesario para el

funcionamiento del hogar de unacaldera, con el fin de poderlesuministrar el aire necesario parala combustin del combustible y

arrasar los gases quemados haciael exterior a travs de la chimenea


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Tiro Natural

Se produce por el efectogenerado por unachimenea. Su valordepende de la altura de

la boca de la chimeneasobre el nivel delemparrillado del hogar


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Tiro Mecnico

Es el tiro creado por laaccin de inyectores de aire,vapor o medianteventiladores, el cual se

requiere cuando debamantenerse un determinadotiro con independencia de lascondiciones atmosfricas ydel rgimen de

funcionamiento de la caldera


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Ciclo Combinado

Este ciclo combina el Ciclo Rankine con el cilo Brayton deesta forma se consigue un aumento de potencia gracias a lacaldera recuperadora de calor.....


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Esquemtico del Ciclo Combinado

COMBUSTION COMPLETA


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COMBUSTION COMPLETAESTEQUIOMETRICA

COMBUSTION COMPLETA CON


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COMBUSTION COMPLETA CONEXCESO DE AIRE


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CONSUMO DE COMBUSTIBLE APROXIMADO EN


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CONSUMO DE COMBUSTIBLE APROXIMADO EN

FUNCION DE LA POTENCIA hP

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