planta propulsora de vapor

Plantas Propulsoras de Vapor

Presentada por: Bucchi, Didier

Título:

“Planta Propulsora de Vapor”

INDICEIndice.......................................................................................................................2

Capítulo I................................................................................................................................... 4Introducción.........................................................................................................3Justificación.........................................................................................................3Hipótesis..............................................................................................................3Resumen.............................................................................................................3Objeto de este trabajo.........................................................................................3

Capítulo II..................................................................................................................................4Funcionamiento de la Planta Propulsora de Vapor....................................................4

Capítulo III................................................................................................................................6Calderas Marinas................................................................................................6Definicion.............................................................................................................6Generalidades.....................................................................................................6Elementos que caracterizan a las calderas........................................................6Clacificacion de calderas.....................................................................................7Calderas de tubos de llamas...............................................................................7Calderas de tubos de agua.................................................................................7

Capítulo IV................................................................................................................................ 9Tratamiento del agua de alimentacion..............................................................10Impurezas en el agua de alimentacion.............................................................10Sales que pueden provcar incrustaciones........................................................10Corrociones en el interior de la caldera............................................................10Tratamiento del agua de alimentacion..............................................................11

Capítulo V................................................................................................................................ 12

Aparatos auxiliares y accesorios para la combustion en las calderas..............12Generalidades...................................................................................................12


Capítulo VI............................................................................................................................... 13

El futuro de la planta proulsora de vapor .........................................................13

Referencias Bibliográficas.....................................................................................14

Capítulo I

Objeto de este trabajo Este trabajo tiene como principal objetivo proporcionar información confiable

sobre el funcionamiento y componentes principales de las plantas propulsoras de vapor.

Capítulo II

Funcionamiento de la Planta Propul-sora de Vapor.

El combustible es almacenado en tanques especiales llamados en general TANQUES DE PETROLEO. Muchos de estos tanques están situados a una distancia considerable de las calderas. Por tal motivo se instalan uno o mas tanques cerca del compartimento de calderas, designados con el nombre de TANQUES DE PETROLEO DE SERVICIO, y las bombas que proveen el combustible a las calderas llamadas BOMBAS DE PETROLEO DE SERVICIO, toman normalmente de estos tanques (tanques de servicio). Para reponer el petróleo de los tanques de servicio se trasvasa el necesario de los tanques de almasenaje a los tanques de servicio por medio de una o varias bombas llamadas BOMBAS DE TRANSVASE DE PETROLEO.

Además estas bombas pueden ser usadas para enviar el petróleo desde los tanques de almacenaje a la aspiración de las bombas de “servicio de petróleo a quemadores” con presión, especialmente cuando el petróleo es muy viscoso y esta frío.


Con el objetivo de conseguir que el petróleo se queme completamente, debe ser finamente atomizado y mezclado con la suficiente cantidad de aire para que la combustión sea completa. El petróleo es atomizado por medio de los QUEMADORES, los cuales tienen dispositivos para admitir y dirigir el aire necesario al interior del hogar para la combustión del petróleo.

(…)

El petróleo debe ser calentado con el objeto de de disminuir su viscosidad en forma tal de obtener una apropiada atomización en los quemadores. Esto se efectúa por medio de un CALENTADOR DE PETROLEO, cuya fuente de calor es el vapor; en el que se hace pasar al petróleo enviado por las bombas de petróleo a quemadores antes de llegar a los quemadores, llegando caliente a los mismos…Al entregar el calor al petróleo frío, el vapor se

condensa, y se lo descarga como agua caliente a la tubería de drenaje de los calentadores de petróleo.

Debido a que el agua deja impurezas dentro del recipiente en la cual ha sido evaporada, como también a que dichas impurezas son perjudiciales para el material de las calderas y ocasionan una disminución en la capacidad de transmisión del calor del combustible al agua, las plantas de maquinas marinas no deben ser alimentadas con agua de mar, ni aun con el agua dulce proveniente de tierra. Por el contrario, toda el agua empleada debe ser destilada antes de enviarla al sistema de alimentación de calderas. Además con el objetivo de un mayor radio de acción y un funcionamiento económico el agua de alimentación usada en las calderas debe ser vuelta a usar infinidad de veces…

El agua que debe reponerse, llamada agua de suplemento de alimentación, se destila del agua de mar, en las plantas destiladoras del buque y se la almacena en tanques llamados tanques de reserva de alimentación, para ser usada en el momento oportuno.

(…)

La mayor parte del agua generada en la caldera es enviada al receptor de la maquina a través de la tubería de vapor principal. En el receptor de la maquina, de su alta presión y temperatura con que ha sido enviado de la caldera, el vapor se expande hasta una baja presión y temperatura, convirtiendo parte del calor recibido del combustible en la caldera, en trabajo mecánico…

El vapor luego de haber efectuado el trabajo mecánico, habiendo sido expandido hasta una baja presión y temperatura es descargado al condensador principal para ser recuperado por medio de las tuberías de recuperación.

(…)

Para mover cierta cantidad de bombas, maquinas de los dinamos del buque, y otras maquinas auxiliares, que se requiere vapor para su funcionamiento, este es tomado de la tubería de vapor auxiliar.


(…)

Esta descripción no es completa, como se comprenderá. Son muchas las maquinas y accesorios, o unidades completas, que se ha omitido describir y que se usan para aumentar la eficiencia de la planta propulsora, y su facilidad de conducción, especialmente para controlar posibles averías. (Silvestre Valdez, 1947, p.1/1-1/11)

Capítulo III

Calderas Marinas

Definicion:

Se denomina caldera de vapor a un recipiente cerrado, destinado a producir vapor de agua a presiones superiores a la atmosférica, por utilización del calor que se genera al quemar un combustible sólido, líquido o gaseoso.

Generalidades:

Se compone siempre de tres partes esenciales, que son: el horno o cámara de combustión, la cámara de agua y la cámara de vapor.

El horno o cámara de combustión es la parte de la caldera donde se quema el combustible utilizado para la producción de vapor.

Las cámaras de agua y de vapor constituyen a caldera propiamente dicha. Están formadas por recipientes metálicos, de resistencia adecuada, que adoptan la forma de cubiertas cilíndricas, que contienen, colectores, tubos, etc., comunicados entre si, por su cara interna contienen el agua a vaporizar, mientras que casi toda la superficie externa se halla en contacto con las llamas o gases de la combustión.

(…)

Elementos que caracterizan a las calderas:

1º) La presión de régimen o timbre, que corresponde a la presión de vapor máxima, considerada como limite superior de funcionamiento al proyectar la caldera. A fin de evitar que pueda sobrepasarse por cualquier causa, se colocan dispositivos automáticos de descarga de vapor en exceso, denominados válvulas de seguridad.


2º) La capacidad o potencia de la caldera. O sea el peso de vapor que pueda producir en una hora.

3º) La superficie de calefacción, que comprende las partes metálicas que se encuentran en contacto: por uno de sus caras con el agua y el vapor de la caldera; por la puesta, con los productos de la combustión.

4º) La superficie de grilla o volumen de horno, en las calderas que queman carbón o petróleo, respectivamente. Este elemento determina, junto con el anterior, la potencia de la caldera, o sea su capacidad para producir en un tiempo dado un peso de vapor tanto mayor cuanto mas elevados sean sus valores.

5º) Además de los elementos principales indicados, se caracteriza las calderas por su peso, la superficie de los recalentadotes de vapor, ecomizadores de agua de alimentación y calentadores de aire,; el volumen de las cámaras de agua y de vapor, etc.

(…)

Clasificación de las calderas:

Las calderas pueden dividirse en dos grandes grupos:

a) Calderas de tubos de llamas (tubulares) b) Calderas de tubos de agua (acuotubulares)

En las del primer grupo los gases, de la combustión circulan por el interior de los tubos vaporizadores, que están sumergidos en el agua de la caldera. En las calderas del segundo grupo, el agua y el vapor circulan por el interior de dichos tubos, cuya superficie externa esta en contacto con los gases de la combustión.

(…)

Calderas de tubos de llamas.

Según el sentido de la dirección de los gases dentro de la

caldera se clasifican en:

a) Caldera de llama de retorno.b) Caldera de llama directa.

En las primeras, las llamas circulan en un sentido dentro de los hornos y cámaras e combustión; en el opuesto, por el interior de los tubos hacia los conductos de humo y la chimenea. En cambio, en las últimas, los gases siguen un camino directo desde el horno hasta los conductos de humo y la chimenea. En la actualidad, estas calderas no tienen aplicación en los buques de guerra, por razones que expondremos mas adelante.

Calderas de tubos de agua.


El empleo de tubos de agua es inevitable cuando se trata de obtener grandes capacidades y elevadas presiones de vapor, como el caso de los buques de guerra y mercantes de pasajeros, de gran velocidad. Por la subdivisión interna de estas calderas, en colectores y tubos de pequeño diámetro, pueden construirse con placas de poco espesor, resultando aptas para soportar altas presiones. Por su forma la cantidad de agua que encierran es relativamente pequeña; permiten desarrollar en un reducido volumen una gran superficie de calefacción y disponerla de manera conveniente para la mejor transferencia de calor, rodeando una amplia cámara de combustión, independiente de la estructura resistente de la caldera. Por estas causas, su vaporización específica resulta muy superior a la que puede conseguirse con calderas de tubos de llama, lo que permite mejorar las condiciones militares del buque, aprovechando la reducción de peso para aumentar su velocidad o radio de acción, la protección acorazada, su poder ofensivo, etc.

Estas características determinan que sean insustituibles en los buques de guerra, donde se trata de instalar calderas de gran capacidad y alta presión de vapor, cuyo peso y volumen sea lo mas reducido posible.

Las calderas acuotubulares se designan generalmente por el nombre del inventor o firma que las construye.

Como se ha indicado, entre las distintas clasificaciones de las calderas acuotubulares, la más racional es la que tiene en consideración su peso por unidad de superficie de calefacción, la inclinación de los tubos vaporizadores y la circulación interna del agua.

Con respecto a su peso, se subdividen en tipo pesado y tipo liviano. Como a su vez las primeras están formadas por un conjunto de pequeñas secciones o elementos iguales, se designan comúnmente en la industria con el nombre de calderas seccionales.

Según la inclinación de los tubos vaporizadores, se subdividen en calderas de tubos semi-horizontales o semi- verticales. Las primeras tienen tubos rectos de diámetro relativamente grande de entre 50mm y 100mm, ligeramente inclinado entre 10º y 20º, mientras que los correspondientes a las segundas están dispuestos casi verticalmente y son de diámetro menor entre 25mm y 50mm.

Finalmente, según la circulación de agua, se clasifican como:

a) Caldera de circulación natural limitadab) Caldera de circulación natural librec) Caldera de circulación natural aceleradad) Caldera de circulación natural forzada

En los tres primeros casos, la circulación interna del agua es natural

Provocada por las corrientes de conveccion que se establecen por diferencia térmica mientras que en el último, la circulación se consigue artificialmente, por medios externos.

a) En estas, los tubos vaporizadores forman un serpentín con ligera inclinación ascendente con respecto a la horizontal; en algunos casos, están constituidas por un tubo de gran longitud dispuesto


helicoidalmente rodeando al horno. El agua entra a los tubos por su extremo inferior, donde se une generalmente a un colector de pequeño diámetro; la circulación que se establece queda limitada a la imprescindible para reponer la cantidad vaporizada. Las burbujas de vapor que se forman a lo largo del tubo o tubos que componen cada serpentín, deben recorrer distintas distancias a través de los mismos para alcanzar el colector alto, por lo que la vaporización especifica de estas calderas es relativamente reducida. El tipo clásico de caldera Belleville.

b) Las calderas de circulación natural libre, tienen los tubos vaporizadores ligeramente inclinados hacia la parte alta y unida, en el frente y parte posterior de la caldera, a colectores verticales o de pequeña inclinación, que desembocan en el colector de vapor. Los tubos resiven el agua de un colector bajo, elevandose a través de los colectores verticales y tubos, para descargar al colector alto tranformada en vapor. A este tipo pertenecen las calderas Babcock-Wilcox de tubos rectos, la Niclausse, la Dürr, la Field, etc.

c) Las calderas de circulación acelerada, están compuestas por un sistema de tubos vaporizadores y de colectores horizontales, situados a distintas alturas. Tienen generalmente dos o tres colectores bajos y uno superior de mayor diámetro, unidos entre si por tubos casi verticales o muy inclinados, rectos o curvos, que rodean la cámara de circulación interna del agua y del vapor se verifica en forma activísima y regular. El agua del colector alto se envía y la circulación se establece al decender a los bajos a través de los tubos de circulación o de caída, situados fuera del horno, o bien por las hileras de tubos mas alejadas del fuego. Al calentarse, asciende libremente por las hileras de tubos más cercanas al horno, con lo que establece una circulación muy activa y de sentido bien definido, descargando en forma de vapor al colector alto. En la actualidad, las calderas de circulación acelerada se emplea sin excepción en todas las marinas de guerra, por ser las de mayor vaporización efectiva y menor peso. A este tipo pertenecen las calderas Yarrow, Thornycroft, Babcock-Wilcox de tubos curvos, White-Foster, Normand, Foster-Wheeler, etc.

d) En las calderas de circulación forzada, el agua es obligada a circular por su interior debido a la acción de medios mecánicos externos. Con esto se consigue la velocidad de circulación y, por ende, la transmisión de calor a través de la superficie de calefacción. De esta forma se obtienen vaporizaciones específicas elevadísimas y calderas de gran capacidad y de rendimiento, con una sensible disminución del peso y del volumen, con respecto a los otros tipos. En la actualidad solo se usan en tierra.(Moises Romero Villanueva,1946.p45-51)

Capítulo IV

Tratamiento del agua de


alimentación . Impurezas en el agua de alimentación:

Las impurezas en el agua de alimentación es una fuente constante de preocupación para el personal encargado de su maniobra, porque ello afecta no solo la eficiencia de la misma, sinó también, su seguridad. Los daños más grandes que pueden provocar estas impurezas son:

Sales que pueden provocar incrustaciones, presentes en el agua de mar y de dársenas, que pueden introducirse en el sistema de alimentación por arrastrarse en la planta evaporadora, por perdidas de agua de mar de los evaporadores, y por perdidas en todos los mecanismo que emplean agua de mar para enfriamiento.

Corrosiones en el interior de la caldera:

Estas pueden producirse por:

Ataque acido

Disolución eléctrica

Oxidación

O combinaciones de estos tres.

El agua de mar es una fuente potencial de acido debido a su contenido de sales, particularmente el cloruro de magnesio, que se hidroliza para producir acido. Desde que el hidróxido de magnesio es relativamente insoluble en el agua, puede separarse como fango, dejando al acido clorhídrico en solución. Para evitar este tipo de corrosión es necesario que el agua sea alcalina.

La corrosión electrolítica es un proceso similar al galvanizado, por lo cual, bajo la influencia de una corriente eléctrica, de un polo se desprende metal que es transportado a través de la solución y depositado en el otro polo. Este proceso provocara la corrosión o picadura del metal menos noble. Al igual que para el ataque acido la solución a este problema es que el agua sea alcalina.

La oxidación directa del metal de la caldera resulta de la reacción, ya sea del oxigeno disuelto o del oxigeno de las moléculas del agua, con el hierro de los tubos y cubiertas. El oxigeno que entra con el agua de alimentación es la mayor causa de corrosión de la caldera.

Tratamiento del agua de alimentación:

A fin de neutralizar los efectos de la contaminación, el agua de alimentación debe ser tratada químicamente, para controlar:


1) La formación de incrustaciones en las paredes internas de la caldera;

2) la corrosión; y

3) la formación de espuma y ebulliciones;

y tratada mecánicamente y por calentamiento para reducir el oxigeno disuelto en la misma. En lo que sigue se tratara lo concerniente al tratamiento químico empleado.

Una mezcla de productos químicos, conocida como “Compuesto Reglamentario”, se emplea en todos los buques de guerra con los siguientes propósitos:

1) Para neutralizar la formación de ácidos en el agua de la caldera, es decir, mantener una condición ligeramente alcalina;

2) Para proveer los productos químicos para la remoción y prevención de incrustaciones;

3) Para precipitar las impurezas en forma de fango, y que puedan ser extraídas por las extracciones de fondo o superficie; y

4) Para prevenir la corrosión por oxidación.

Los productos químicos empleados en el compuesto son:

a) Fosfato disódico 47%b) Carbonato de sodio 44%c) Almidón de maíz 9%

El fosfato disódico neutraliza los silicatos y combinados con el carbonato de sodio neutraliza también el sulfato de calcio y lo transforma en fango. El carbonato de sodio sirve también para controlar la alcalinidad del agua de la caldera. El almidón de maíz aglomera los sólidos en suspensión precipitados por el fosfato disódico y el carbonato de sodio y los mantiene en forma que no sean perjudiciales, también reduce la tendencia a la ebullición y al arrastre de agua, y en combinación con los otros dos ingredientes del compuesto, remueve los sólidos en suspensión en el agua. La tercera e importante función del almidón es reducir la corrosión debida a la oxidación. Esto se hace en dos formas: primero, el almidón forma una película protectora sobre las superficies metálicas, previendo de esta forma que el oxigeno disuelto en el agua se ponga en contacto con las superficies metálicas, y el segundo, el almidón tiende a absorber el oxigeno disuelto en el fango formado por los sólidos en suspensión.(Raul P.Molteni, 1948.p1/1-1/11)

Capítulo V

Aparatos auxiliares y accesorios para la combustión


del petróleo en calderas.

Generalidades: para la combustión del fuel-oil en las calderas por el procedimiento de pulverización por presión, se requiere el siguiente conjunto de aparatos mecánicos:

a) Quemadores, para la pulverización del fuel-oil un grado de fineza adecuado.

b) Equipo auxiliar de encendido, para iniciar la combustión en las calderas.

c) Bombas de petróleo, para el transvase y compresión del combustible a quemar.

d) Calentadores de petróleo, para elevar la temperatura del mismo al límite conveniente para la pulverización.( Raul P.Molteni, 1948.p5/1.5/11)

Capítulo VIEl futuro de la Planta Propulsora de

Vapor

Plantas propulsoras nucleares. Este tipo de plantas propulsoras tiene práctica-mente el mismo funcionamiento que las plantas de vapor, solo que en este caso es un reactor nuclear el encargado de calentar el agua y producir el vapor que es enviado a las turbinas. El primer buque de superficie con propulsión nuclear del mundo fue el USS Long Beach (CGN-9) que entró en servicio en 1961. La propul-sión nuclear ofrece ventajas significativas. Al contrario que los buques convencio-nales que necesitan tomar combustible cada cierto número de días, un buque de propulsión nuclear tiene un radio de acción muchísimo más amplio y puede man-tenerse durante años sin necesidad de repostar, ya que no necesita consumir combustible. Las plantas nucleares son más grandes que las convencionales, pe-ro en conjunto ahorran espacio a un buque ya que éste no tiene necesidad de cargar fuel-oil en sus tanques. El principal inconveniente de la propulsión nuclear es su coste inicial.

Referencias bibliográficas:

Silvestre, Valdés. (1947), Maquinas Marinas, Maquinas Alternativas de Vapor, To-mo 1. Buenos Aires: Ed. Río Santiago.


Raúl P. Molteni. (1948), Maquinas Marinas, Calderas Navales, Tomo 2. Buenos Aires: Ed. Río Santiago

Moisés, Romero Valdés. (1946), Calderas Marinas, Tomo Primero. Buenos Aires: Ed. Río Santiago

Paginas de Internet:

Seudónimo AstaBOTh15. (2010) Portaviones. Consultado el 25 de mayo 2010 en: http://es.wikipedia.org

http://es.wikipedia.org/

http://es.wikipedia.org/wiki/Usuario:AstaBOTh15

planta propulsora de vapor

Documents