El documento describe diferentes tipos de calderas utilizadas en procesos industriales para generar vapor. Explica que una caldera es un dispositivo que calienta agua hasta alcanzar su punto de ebullición y generar vapor mediante la transferencia de calor proveniente de la combustión de un combustible. Describe las secciones principales de una caldera acuotubular de vapor saturado y sobrecalentado, incluyendo el economizador, calderín, tubos vaporizadores y sobrecalentador. También menciona brevemente calderas humotubulares y pi

1. UNIDAD 1 : APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA EN LOS PROCESOS QUÍMICOS
CALDERAS

2. Esquema de una caldera acuotubular de vapor saturado y sobrecalentado
mostrando sus diferentes secciones.
El agua liquida entra al economizador (1),
donde se calienta hasta una temperatura próxima a la de saturación (2),
se introduce en el calderín y desciende por los tubos de riego (3-3’) hasta el
colector inferior, distribuyéndose hacia los tubos vaporizadores,
donde se forman las burbujas de vapor (4- 5)
que a su vez se separan en el calderín (6).
El vapor saturado (7) puede calentarse
por encima de su temperatura de saturación en el sobrecalentador (8).
La circulación del agua por los dos tubos de bajada (riegos) y de subida
(vaporizadores) puede ser por convección natural, debido a la diferencia de
densidades, o forzada mediante una bomba

3. ¿Qué Es Un Caldero?
Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que,
aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua
para aplicaciones en la industria. Una Caldera es un dispositivo cuya función
principal es calentar agua. Cuando supera la temperatura de ebullición,
genera vapor. El vapor es generado por la absorción
de calor producido de la combustión del combustible.
La caldera se encarga de absorber el calor proveniente de las áreas del
economizador, el horno, el supe calentador y el vapor recalentado.
Las calderas pueden ser eléctricas, a gasóleo o combustible diésel, a gas natural,
gas butano, etcétera.
Las calderas pequeñas, exclusivamente para agua caliente sanitaria, se suelen
conocer como calentadores (ej. para emplear en la ducha, en el fregadero de la
cocina, etc.). Se conoce como caldera de vapor a aquella unidad en la cual
se puede cambiar el estado del fluido de trabajo (agua)
de líquido a vapor de agua, en un proceso a presión constante y
controlado, mediante la transferencia de calor de un
combustible que es quemado en una cámara conocida como "hogar".
En algunos casos se puede llevar hasta un estado de vapor sobrecalentado.
Las calderas acuotubulares son idóneas para todos aquellos procesos industriales
en los que se requieran altas presiones de vapor, grandes producciones de vapor
o ambas condiciones a la vez. En la gama de calderos existe: Las calderas
acuotubulares modelo “CIT” con configuración en delta, de tres pasos de humos
con paredes de agua y la tabiquería exterior refractaria La caldera se compone de
dos colectores o domos a los que van a conectar todos los tubos de la caldera,
con dos o más columnas de circulación natural, según sea el tamaño de la
caldera.
Descripción del caldero acuotubular:
Los tubos de agua se unen y conforman para formar el recinto del hogar, llamados
paredes de agua. El recinto posee abertura para los quemadores y salidas de
gases de combustión. La circulación del agua puede ser natural, debido a la
diferencia de densidad entre agua fría y agua caliente. El agua en ebullición se
acumula en un recipiente llamado domo donde se separar el vapor de agua.
Caldero Acuotubular de 2 pasos de humos y circulación natural (shield

4. .
1.Cuerpo cilíndrico 2. Salida de vapor 3. Toma del vapor (antiespumante) 4.
Válvula de seguridad 5. Indicador de nivel 6. Entrada de hambre 7. Hombre 8.
Tabique deflectores 9. Colectores 10.Salida hacia la chimenea

5. CALDERAS HUMOTUBULARES
En estas calderas son los humos los que circulan por dentro de tubos, mientras
que el agua se calienta y evapora en el exterior de ellos.
Todo este sistema está contenido dentro de un gran cilindro que envuelve el
cuerpo de presión.
Los humos salen de la caldera a temperaturas superiores a 70 C de forma que se
evita la condensación del vapor de agua que contienen, evitando así problemas de
formación de ácidos y de corrosión de la caldera. Al evacuar los humos calientes,
se producen pérdidas de energía con la consiguiente bajada del rendimiento de la
caldera.
La caja de humos (colector de humos), es la parte de la caldera donde confluyen
los gases de la combustión en su recorrido final, que mediante un tramo de
conexión se conducen a la chimenea.
CALDERAS PIROTUBULARES
En este tipo de caldera el humo caliente procedente del hogar circular por el
interior de los tubos gases, cambiando de sentido en su trayectoria, hasta salir por
la chimenea.

6. 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 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.
Su rendimiento global esperado a lo largo de su vida útil no supera el 65% en el
mejor de los casos.
Este tipo de generadores, por su diseño no admiten presiones de trabajo
elevadas, más allá de las dos o tres atmósferas; son de construcción sencilla y
disponen de moderada superficie de intercambio, por lo no se utilizan para
elevadas producciones de vapor.
Son en compensación, muy económicos en costo y de instalación sencilla, por lo
que su utilización actual primordial es para calefacción y producción de vapor para
usos industriales.

7. PROBLEMAS
1.- Una unidad de 100000 bbl/d (barril=158.98 litros) de peróxido de
hidrógeno debe construirse en Filadelfia y completada en el 2002. En Malasia
una planta similar con una capacidad de 150000 bbl/d y un costo final de $50
millones fue completada en 2000.
La historia reciente muestra que un factor de capacidad de 0.75 puede ser
apropiado.
La aproximación más simple es usar el algoritmo de factor de capacidad
Sin embargo una mejor estimación es obtenida cuando ajustamos por diferencias
en alcance, ubicación y tiempo. La planta en Malasia incluye costos de
almacenamiento y costos que no están incluídos en la planta que se debe
construir en Filadelfia.

8. Sin embargo, la construcción en Filadelfia se espera un costo 1.25 veces mayor
que en Malasia. La adecuación por las fechas de construcción (2000 en Malasia a
2002 en Filadelfia) será incluída como un factor multiplicador 1.06 desde el 2000 al
2002. Costos adicionales para la planta de Filadelfia implican control de la
polución.
La estimación revisada es como sigue Planta en Malasia = $50M
Deducir $10M por costos de almacenamiento y costos propios = $40M
Ajuste de Malasia a Filadelfia ($40M) (1.25) = $50M
Ajuste al 2002 ($50M) (1.06) = $53M
Estimación por factores de capacidad ($53M) (100/150) 0.75 = $39M
Sumar $5M por requerimientos de control de la polución = $44M
Realice una estimación de orden de magnitud de la inversión total de capital en el
año 2001 (MS=1110) para producir benceno de acuerdo al proceso de
hidroalquelación de tolueno mostrado en la figura.

9. Se asume una alimentación de 274.2 lbmol de tolueno/hr.
Suponga una conversión total de benceno de 95% y 330 días de operación por
año. También asuma que el gas entra a la presión deseada y debe agregarse una
torre de absorción en el flowsheet después del estabilizador. El tratamiento elimina
contaminantes que podrían estar en la corriente de benceno. Para lograr que el
reactor mantenga una elevada temperatura deberá estar aislado con un FM= 1.5.
Todos los otros equipamientos principales se construirán en acero al carbón. La
planta será construida en el exterior con agregados importantes a servicios
existentes
Etapa 2: El flowsheet incluye un reactor (con FM=1.5) operando a 570 psia, tres
columnas de destilación operando a presiones menores de 100 psia, un
compresor operando a 570 psia y una torre de adsorción que se supone opera a
menos de 100 psia. Entonces, la suma de los valores de CM es
tapa 3: La inversión total del módulo desnudo para una planta de procesamiento
de fluídos es

10. PROBLEMA 12