Trabajo de maquinas termicas. Escuela Ingeniero boero. Explicacion de usos, historia , tipos de calderas acoutubulares y combustible que estas utilizan

1. Trabajo Practico: Maquinas
Térmicas
Presentación: Lucas Andreae, Gonzalo Cabrera, Luana Díaz, Miguel
Gonzalez, Constanza Ocampos, Miranda Quiroga y Ainhoa Rodríguez

2. Caldera Acuotubular

3. Historia
La 1º máquina térmica de que tenemos conocimiento escrito fue descubierta por Herón Alejandría (130
a.C). Es el prototipo de una máquina presión. Esa máquina de presión fue motivo de varios estudios por:
• Matthesuis en Alemania en 1571
• Salomon de Caus en Francia en 1615
• Ramelli en Italia en 1588
• Della Porta en 1601
• Branca en 1629
• 1663 Somerset describe un mercado para elevar el volumen de agua usando vapor. Se duda si
construyó la máquina.
• 1698-1725 pone en práctica la idea.
• 1698 Savery obtuvo una patente para una máquina para elevar cantidades considerables de agua.
Aparecen las calderas donde los niveles de agua se controlan por válvulas de presión.
• En 1690 Denis Papin idea la 1º versión de una máquina de vapor usando un cilindro y un pistón. En
1705Thomas Newcomen y Cawley mejoran la acción del pistón de la máquina fueron producidas en
serie.
• En 1770 fueron superadas por las innovaciones debidas a James Watt.Watt en 1763 fabricó una
máquina térmica que superaba a la anterior. En 1781 se hizo otras modificaciones. Gracias al trabajo
de Richard Trevitchik Davies Gilbert en Gran Bretaña y de Oliver Evans en EE. UU se introdujo la
primera locomotora a vapor.
• El físico francés Carnot en 1832 anuncia el 2º principio de la termodinámica hablando de la
producción de la energía motriz en las máquinas de vapor.
La historia de las calderas está ligada a la revolución industrial a finales del siglo XIX con la aparición de la
1º máquina a vapor ideada porWatt.
El vapor sirvió para mover grandes máquinas, ferrocarriles barcos con máquinas de vapor.Y llego la
calefacción de hogares de las ciudades.
James Watt (1736-1819)

4. Principio de funcionamiento
La caldera acuotubular funciona con el
enunciado de Carnot, ya que cuando termina
el proceso de la caldera, se vuelve a iniciar de
vuelta con los restantes del ciclo anterior.

5. Partes fundamentales y su funcionamiento
• Partes tapizadas de tubo de agua: : Por los tubos de este tipo de calderas circula el agua que se
convertirá en vapor, en consecuencia, de la cantidad de vapor que se genere. Son tubos
verticales que están próximos uno del otro.
• Equipo de combustión: Es donde se produce la combustión, es decir, donde el combustible al
contacto con el agua y generalmente por una chispa.
• Sistema de tiro: Cuando se calienta una columna de aire o de otro gas encerrado verticalmente,
pero en comunicación con el exterior por la base y por el extremo superior, se produce una
corriente gaseosa ascendente. El gas se dilata cuando se calienta, lo que lo hace más ligero que
el gas exterior; este gas exterior, más frio y más pesado, empuja por la base y obliga al gas
caliente a moverse hacia arriba, a través de la columna cerrada, para ser expulsado por la
abertura superior, generalmente se utilizan ventiladores.
• Eliminación de cenizas: En las calderas acuotubular es necesario eliminar las cenizas y otras
escorias que se produzcan. Estos desechos se eliminan de forma manual o automatizada.
• Circuito de suministro de agua: Mecanismo por el que se suministra el agua, que debe ser de la
mejor calidad; adicionalmente la circulación debe ser rápida, para garantizar un flujo constante
dentro del tubo
• Bafles: Son los encargados de dirigir los gases calientes a través de los tubos el numero de
veces necesarias para que haya una mejor absorción de calor o absorción térmica por los tubos
de la caldera.
• Puertas o portillos de fuego: Estas puertas deben ser de apertura exterior y tener cerrojos auto
bloqueantes que no cedan a la presión en caso que explote algún tubo.
• Sobrecalentadores: Sobrecalientan el vapor seco. Al haber un sobrecalentamiento se mejora el
rendimiento en el uso del vapor.También este sobrecalentamiento disminuye los efectos
corrosivos del condensador.

6. Esquema de bloques
QUEMADOR
CÁMARA DE COMBUSTIÓN
CIRCUITO DE HUMO
CAJA DE HUMO
RETORNO DE AGUA
SALIDA DE AGUA
CIRCUITO DE AGUA
Para comprender el funcionamiento de una
Caldera Acuotubular se realizará un esquema
de bloques (es la representación del
funcionamiento interno de un sistema)

7. Combustible
Para el funcionamiento de la CalderaAcuotubular se necesita de la
“combustión” esta se puede hacer mediante los siguientes combustibles:
• Combustibles líquidos (Fuel Oil, Gas Oil)
• Combustibles gaseosos (Gas natural, GLP, Aire propanado, Gas obtenido de
gasificadores)
• Combustibles sólidos (leña en todos los tamaños (rolos, astillas, chips),
deshechos de producción (pellets de madera, aserrín, bagazo de caña de
azúcar, cáscara de arroz), carbón (en distintos grados de pulverización), etc.)

8. Clasificación de la caldera
Según la Clasificación de las MáquinasTérmicas en una CalderaAcuotubular es la
siguiente:
• Según su transformación de energía
• Según su constitución
• Según su combustión
• Según su continuidad de flujo
• Según su transferencia de energía

9. ¿Es un proceso reversible o irreversible?
Es reversible
Ya que se puede hacer en sentido inverso, es decir que si se desea podría volver a su estado anterior esto
se podría hacer a través de un cambio de temperatura logrando un cambio de estado en el vapor
regresándolo a su estado anterior (agua).

10. Transformaciones
• La primera transformación en hacerse notar es la Isocora, pero está
presente un tiempo determinado debido a que la instalación presenta
perdidas en cuanto a la presión y temperatura lo que ocasiona que más
pronto que nunca el volumen del gas (vapor) disminuya.
• Uno de los métodos para hacer más efectiva la producción de vapor es
mantener constante el nivel del agua mediante una válvula de alimentación,
gracias a ella la presión no es tan cambiante al igual que el volumen y más
importante la temperatura es constante lo cual sería Isotérmica.

11. Utilización en la industria, el comercio y en el
hogar
• Industria: Se utilizaban principalmente en centrales
termoeléctricas debido a su buen rendimiento al
producir vapor (mínimo 50 toneladas por hora y
como máximo 500 o 600 toneladas por hora).
• Hogar: Son encargados de calentar las estancias el
agua de dicha vivienda.
• Comercio: Debido a la demanda y el crecimiento
que se a generado respecto a la industria se
comenzaron a usar hace unos años para la
producción de alimentos, bebidas, también en
hospitales para esterilización de material médico.

12. Utilización en la actualidad y al inicio de esta
• Las primeras calderas consistían un poco
más que en un caldero de hierro con agua
sobre un fuego de leña, una vez la
temperatura del agua había salido al punto
concreto se vertía en una tina y se dejaba
enriar. A medida del siglo XIX la caldera
empezó a evolucionar de una forma
mucho más eficiente, entonces luego nace
la Caldera Pirotubular, las viejas Calderas
de este tipo eran vulnerables a un final
prematuro debido al estrés térmico.
• Las calderas de ahora exteriormente por el
flujo de gases valientes, requieren un
domo adicional donde se encuentra la
cámara de vapor.

13. Desarrollo en su mejora de rendimiento
• En sus inicios era una máquina capaz de almacenar agua, calentarla y generar vapor. La marmita que tenía capacidad para
isolitios y una válvula que permitía regular la presión de vapor agua de ahí surgieron distintos tipos de calderas entre ellas
la caldera acuotubular.
• En la primera mitad del siglo XX las calderas carbón “mayor distancia de la caldera, menor calor en el agua”
• Aparecen las calderas de gas provocó un enorme cambio. Calderas atmosféricas con una serie de quemadores que
funcionaban con gas y un serpentín por donde circula el agua.
• La combustión está en contacto con el aire y el monóxido de carbono salía en el lugar donde está instalado la caldera y
tenía una baja efectividad energética.
• Aparecen las calderas estancas que tenia la zona de combustión aislada del exterior y mejoro el rendimiento para entrada
y salida de aire usaban chimenea.
• Aparece una mayor innovación con la condensación de gas. Se añade un segundo serpentín que precalentaba el agua y
necesitaba menos combustibles. Expulsa el agua a través del desagüe.
• Existieron también de tiro forzado (con un ventilador) o los bajo Nox, similar a las estancas, pero menos contaminantes.
• En las grandes ciudades el gas natural sustituyó el metano.
• Las calderas acuotubulares se usaron mucho tiempo en centrales eléctricas.
• Los 1º modelos usaban combustible fósil.
• En la actualidad tienen como ventaja: Mayor seguridad a altas presiones; Peligro mínimo de explosión; Alto rango de
potencia;Tiempo de arranque bajo; Quemadores ecológicos; Automatización.
• En la actualidad el objetivo fundamental del uso de las calderas es ganar eficiencia energética, económica y compatible
con el entorno.

14. Tipos de calderas
• Caldera para calentar agua: Son aquellos aparatos que calientan el
agua en una vivienda para poder ducharse, lavar los platos o darle
calefacción a la casa.
• Caldera para calefacción:Todas aquellas que, mediante su
funcionamiento, son capaces de proveer de calefacción a un edificio o
vivienda. Lo hacen a través del calentamiento de agua, aunque las
podemos definir sin problema como generadoras de agua caliente.
• Calderas mixtas: Una caldera de gas mixta no solo ofrece un excelente
servicio de calefacción, sino que además, es capaz de brindar agua
caliente sanitaria, por tanto, estarás disfrutando dos equipos en solo
uno.
• Caldera de vapor: Son calderas especialmente diseñadas para trabajar
en instalaciones donde se necesite una gran transferencia de energía
calorífica, como son procesos industriales (por ejemplo, la
esterilización de las botellas antes del envasado), district-heating,
lavanderías, hospitales, etc., así como para generar electricidad en
centrales termoeléctricas.
• Caldera industrial: Las calderas industriales, también son conocidas
como generadores de calor, ya que su principal función es
precisamente quemar combustible y calentar agua hasta que esta
genere vapor, que sale por tuberías y es utilizado aguas abajo en
procesos industriales para transferencia de calor, o para cualquier otra
operación que requiera vapor de agua.
Caldera industrial vertical
Caldera mixta