economizador y precalentador de aire

7/24/2019 Economizador y Precalentador de Aire

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Carlos Eduardo Nausa Crdenas

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Luis Edwin Chaustre Silva

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Los combustibles entran en combustin y entregan su calor alcuerpo de agua, el cual se convierte en vapor. Los gases decombustin tienen entonces todo el calor contenido en elcombustible por lo que debemos aprovecharlos de la mejorforma. Si la temperatura de los gases en la chimenea esdemasiado alta, estamos dejando escapar una cantidad muyimportante de calor o energa.

Justamente para aprovechar esta energa al mximo posible ylograr que los gases de combustin salgan lo mas fros

posibles, se intercalan a la salida de la caldera y antes de lachimenea unos equipos que pueden recuperar parte de estaenerga. Ellos son los Economizadores y los Precalentadoresde aire.


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Los economizadores

son bsicamente intercambiadores de calor que permiten precalentar elagua de alimentacin antes de entrar a la caldera. Para esto utiliza los gasesde combustin que salen de caldera.

Los precalentadores de aire

Al igual que los anteriores utilizan los gases de combustin pero ahora en vezde calentar agua precalientan el aire que luego se utiliza en la combustin.


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Los modernos economizadores se construyen con tubos de acero adiferencia de los primeros que utilizaban tubos de fundicin, ya queson indispensables para resistir las altas presiones .

Se construyen en forma de serpentn continuo para aprovecharespacio.

Los tubos son generalmente de 2 .5 a 3 pulgadas de dimetro.

Por cada 40F (22C) de disminucin de la temperatura de los humos enun economizador o en un calentador de aire, el rendimiento de la

caldera aumenta un 1%.


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Se clasifican segn:

SU GEOMETRIA De tubos horizontales

De tubos verticales

SU DIRECCIN DEL GAS : De flujo longitudinal

De flujo cruzado

SU DIRECCIN RELATIVA DEL FLUJO DE GAS Y DE AGUA:

De flujos en paralelo

De contracorriente

SU TIPO DE SUPERFICIE ABSORBENTE DEL CALOR:

De tubos desnudos o lisos

De tubos con superficies extendidas


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TUBO VERTICAL

El agua es alimentada por el colector inferior y fluye a travs de los tuboshasta el colector superior. Los gases fluyen de dos maneras a lo largo de lostubos, preferentemente entrando por la parte superior y bajando en formarecta a contracorriente del flujo de agua, o atravesando los tubos en un pasoo mltiples pasajes


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TUBOS HORIZONTALES

Constan de colector inferior, por donde ingresa el agua, una tubera continuadispuesta en forma de serpentina horizontal que constituye la superficie decalefaccin y un colector donde se acumula el agua para su salida

Es siempre preferible que la corriente de gases atraviesen los tubos deleconomizador desde arribahacia abajo y que el agua de alimentacin ingrese por la

parte inferior y fluya hacia arriba a travs de los tubos.


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TUBOS LISOS

el diseo ms comn y fiable es el que incorpora tubos desnudos(superficieexterior lisa), en alineacin regular y al tresbolillo, con flujos cruzados.

Los tubos desnudos y alineacin regular

minimizan las posibilidades de erosin y obturacin provocadas por la ceniza

en polvo

la disposicin al tresbolillo

Cuando se quema carbn, la ceniza en polvo de los humos crea siempre unambiente sucio y erosivo, por lo que el banco de tubos que constituye eleconomizador debe ofrecer la mxima facilidad para su limpieza con sopladores


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SUPERFICIES EXTENDIDAS

Las aletas son baratas, de precio inferior al de la superficie tubular propiamentedicha, que permiten reducir el tamao y el coste del economizador.

El xito de su aplicacin depende del ambiente que se tenga en el lado dehumos.

los economizadores con aletas no son recomendables, debido a lascaractersticas de alta concentracin y erosividad de la ceniza en polvo presenteen los humos.

SE PRESENTAN DE TAL FORMA

ProtuberanciasAletas longitudinales

Aletas helicoidales

Aletas anulares de perfil rectangular

Deflectores


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PROTUBERANCIAS

Cuando las aletas son slidos de revolucin o paraleleppedos se denominanprotuberancias

se comportan bastante bien en calderas que queman gases; los economizadorescon protuberancias de clavos tienen mayores cadas depresin en el lado de humos

Los clavos suelen tener una longitud igual al radio del tubo en el que se insertancomo protuberancias, y se sueldan perpendicularmente a la superficie tubular.

En las calderas que queman carbn, las protuberancias de clavos se comportan mala causa de lascenizas, debido a:

- La alta erosin por la naturaleza del polvo arrastrado

- Las prdidas en la termotransferencia, por la suciedad debida al polvo depositado

- Obturaciones por las caractersticas fisicoqumicas de la ceniza


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ALETAS LONGITUDINALES

Estos economizadores no se comportan bien a lo largo de perodos de operacinde la unidad prolongados

En calderas que queman carbn, se sustituyen a consecuencia de las excesivasobturaciones y erosiones que se presentan tras un corto tiempo de operacin

En calderas que queman aceites y gases, con frecuencia se presentan fallos

debidos a la aparicin de grietas en el extremo libre de las aletas, que son lospuntos ms calientes de las mismas, que se propagan hacia lapared del tubo,llegndose al fallo de la pared tubular que aloja la aleta


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ALETAS HELICOIDALES

La aleta helicoidal consiste en una hlice de paso reducido, y se utiliza en unidadesque queman gases, debido a la ausencia de ceniza volante, (propia de la combustindel carbn y de algunos aceites).

Las caractersticas de estas aletas son:

4 pasos por pulgada

espesor de (1,5 a 1,9 mm)

altura (19,1 mm)

aplicndolas a tubos de 2 de dimetro exterior, se obtiene una superficie termointercambiadora 10 veces mayor que la del tubo desnudo.

Para garantizar la limpieza de las superficies se emplean sopladores y una altura delbanco tubular del orden de 4+/- 5

La disposicin de los tubos en alineacin regular facilita la limpieza y ofrece menosprdidas de presin del lado de humos


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ALETAS ANULARES DE PERFIL RECTANGULAR

Cada aleta se compone de dos mitades idnticas que se sueldan por laparte exterior del tubo, este tipo de aleta se monta en alineacin regularen bancos de tubos dispuestos horizontalmente, siendo el flujo cruzadode humos vertical descendente.

Este tipo de aletas en economizadores se utiliza en unidades viejas que se

han actualizado mediante la modernizacin de algunos de suscomponentes; el espaciado de aletas vara entre 0,5 +/- 1, y espesor0,125


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DEFLECTORES

Para evitar que los humos rodeen los tramos rectos aleteados, que ofrecen unaseccin de paso ms restringida, se disponen tabiques deflectores que evitan la

circulacin de humos a travs de los codos tambin se utilizan en economizadoresde tubos desnudos.

La circulacin de los humos a travs de los codos (no aleteadas),provoca:

- Una reduccin de la transferencia de calor en el banco que tiene la superficieampliada

- Una elevacin de la temperatura del cerramiento que limita el volumen en elque est ubicada la superficie termo intercambiadora del economizador

- Una mayor erosin en los codos, cuando se queman carbones altos en cenizas


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El cdigo ASME requiere que la temperatura de diseo de las partes a presin

que se encuentran dentro de la unidad generadora de vapor, sea igual osuperior a 700F (371C)

la temperatura media de la pared tubular en el economizador, rara vez llega aesa valor, estando entre 10+/- 20F = (6+/- 12C) por debajo de la del fluido,que no suele pasar de 650F (343C) a lo largo del circuito del economizador.

En las calderas que queman carbn, el espaciado transversal entre tubos se

elige de acuerdo con la velocidad y resistencia mximas admitidas en el ladode humos, que son parmetros que dependen del tamao de los tubos.

Si se usan superficies ampliadas, los espaciados laterales y verticales debenpermitir una separacin entre aletas de 0,5(13 mm).

Para tubos lisos conviene un espaciado con holgura mnima de 0,75(19 mm).

El espaciado mnimo vertical de los tubos debe ser 1,25 veces el dimetroexterior de los tubos.


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CLASIFICACIN DE LOS PRECALENTADORES

Segn su principio operativo en el proceso de transferencia decalor, se clasifican en dos grandes grupos:Recuperativos y Regenerativos.

Calentadores de aire recuperativos

Calentadores tubulares de acero:

La energa trmica se transfiere desde los humos calientesque circulan por el interior de los tubos, al aire que circula porsu exterior.


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Calentadores tubulares de fundicin.

Los tubos son de seccin rectangular, tienen una costura soldadalongitudinalmente, y se fabrican a partir de chapas de hierrofundido; se disponen con un solo paso del lado de humos, y con

varios pasos en el lado del aire, circulando ste por el interior de lostubos del calentador.La transferencia de calor se maximiza con aletas, en el lado de aire,y en el lado de humos.

Calentadores de chapas.

Constan de bateras de chapas en paralelo y transfieren el calor, enflujos cruzados, desde los humos calientes que fluyen por un ladode la chapa, al aire fro que fluye por el otro lado.


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Calentadores con serpentines de vapor-agua.

Los calentadores con serpentines de vapor-agua constan de unbanco de tubos de pequeo dimetro, exteriormentealeteados, dispuestos horizontal o verticalmente dentro delconducto de aire que va desde el ventilador de tiro forzado que

impulsa el airecomburente, hasta el calentador principal del aire.

Calentadores con tubos isotermos.

El tubo isotermo de tipo termosifn, utilizado en loscalentadores de aire para la generacin de vapor, consiste enun tubo, en el que se ha hecho un vaco parcial, rellenado

con un fluido de trabajo apropiado para la realizacin de latransferencia trmica


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Calentadores de aire regenerativos.

Calentador Ljungstrm.

Tiene una carcasa cilndrica y un rotor que lleva acoplados

paquetes de elementos ensamblados de superficies de caldeo,que gira atravesando los flujos de aire y humos, dispuestos encontracorriente el rotor est alojado en una carcasa que tieneconectados a ambos extremos de sus bases cilndricas, losconductos de aire y de humos.


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Calentador de aire Rothemhle.

Utiliza unos elementos de superficies acumuladoras de calorestacionarias, y unos conductos giratorios divergentes, los elementosde superficie se alojan y soportan en una carcasa cilndrica fija

(estator); en las bases de sta gira sincrnicamente una estructuradoble de sectores simtricos, que tienen un eje vertical comn.


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diferencias entre el calentador Rothemhle y el Ljungstrm.

El Rothemhle tiene una masa giratoria pequea, del ordendel 20% de la total, lo que contribuye a una alta fiabilidad.

El estator permite una distribucin uniforme de la carga del

calentador sobre un determinado nmero de puntos de laperiferia, facilitando la transferencia de las cargas de losconductos hacia el acero estructural que soporta la unidad.

Superficies calefactoras.Cada par de elementos es combinacin de una chapa plana yotra ondulada. El objetivo de los perfiles ondulados es mantenerlas chapas despegadas, con el fin de ofrecer espacios para:- Facilitar unos canales de flujo a cada uno de los fluidos

operativos

- Maximizar la transferencia de calor incrementando la superficiecalefactora

- Lograr el mayor intercambio trmico creando turbulencias enlos flujos


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La velocidad de transferencia de calor, para bancos de tubos desnudos dispuestos

en lnea, se limita del lado de humos; el coeficiente global U de transferencia decalor desde los humos hacia el agua, se estima mediante la relacin:

U = 0,98 ( hconv+ hrad ) kf

siendo:

kf el factor de efectividad de la superficie; para gases = 1 ; para aceites = 0,8 ; paracarbones = 0,7

Coeficiente de conveccin humos: hconv

=0.287.61

.39.33 .6

. =

Donde

hrad, el coeficiente de radiacin entre tubos; si se quema carbn hrad = 1,0

=4( 0.785


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Los valores de hc* , Fpp , Fa , ,se obtienen de las siguientes graficas


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VENTAJAS DE LOS ECONOMIZADORES Y

PRECALENTADORES DE AIRE:

La ganancia trmica con su resultante elevacin de la

curva de rendimiento y ahorro en combustible.

El aplanamiento de la curva de rendimiento en la regin de

altas capacidades o la posibilidad de las calderas y

hogares de trabajar a mayores capacidades

manteniendo un alto rendimiento.

Proveen una reserva de suministro de agua caliente para

hacer frente a fluctuaciones de demanda o fuertesdemandas repentinas.

Protegen a la caldera de recibir agua fra.


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DESVENTAJAS DE LOS ECONOMIZADORES Y

PRECALENTADORES DE AIRE:

Impiden el flujo de productos de combustin y disminuyen

su temperatura de la cual depende el tiro natural. Esto

obliga a la instalacin de tiro mecnico con su

consecuente costo inicial extra, espacio necesario, costo

de potencia absorbida, atencin y mantenimiento.

Corrosin que puede ocurrir si los gases se enfran debajo

del punto de roci de los vapores de acido sulfrico con

contenido en los mismos.

Costo extra del equipo, mantenimiento y reemplazo.


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GRACIAS..

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