Este documento trata sobre calderas. Explica que una caldera es un recipiente a presión diseñado para generar vapor de agua absorbiendo el calor de la combustión de un combustible. Describe los tipos principales de calderas, incluyendo pirotubulares, donde los gases calientes circulan por tubos rodeados de agua, y acuatubulares, donde el agua circula por tubos. También cubre conceptos como la capacidad de producción, combustibles comunes como carbón y fuel oil, y los principios básicos de la combustión.

1. CALDERAS
GENERALIDADES
Subdirección de calidad del aire, auditiva y visual
Bogotá D.C., Marzo de 2010

2. ¿Que es una caldera?
ES UN RECIPIENTE A PRESION DISEÑADO PARA GENERAR VAPOR DE
DISEÑ
AGUA, ABSORBIENDO EL CALOR LIBERADO EN LA COMBUSTION DE UN
COMBUSTIBLE O TAMBIEN DE GASES CALIENTES PROVENIENTES DE UN
PROCESO EXTERNO O DE ELEMENTOS ELECTRICOS

3. PARTES DE UNA CALDERA

4. PARTES DE UNA CALDERA
Partes de presión, incluyendo superficies de calentamiento
Conexiones para entradas y salidas tanto de agua como vapor
Hogar
Conexiones para el manejo de aire y gases
Aislamientos y refractarios
Soportes estructurales
Estructura de soporte para el equipo de combustión y auxiliares
Tapas para inspección y accesos
Válvulas y accesorios
Sistemas de control
Chimenea

5. CAPACIDAD DE PRODUCCION DE UNA
CALDERA
• La capacidad de generacion de vapor se da frecuentemente en libras
de vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones
y temperaturas posee diferentes cantidades de energia, este sistema
no mide exactamente la energia producida.
• Por lo anterior la capacidad de una caldera de vapor se expresa mas
concretamente en forma de calor transmitido a traves de sus
superficie en BTU/Hora
• Para unidades pequeñas se utiliza el concepto de caballo de calderas o
o BHP (Boiler Horse Power), EL CUAL EQUIVALE A 33.475 BTU/h
definido por la ASME en el año de 1889.

6. TIPOS DE CALDERAS
PIROTUBULARES
CAMARA
PARRILLA
ACUATUBULARES
CIRCULACION NORMAL
CIRCULACION CONTRALADA
CIRCULACION FORZADA

7. CALDERAS PIROTUBULARES
Se denominan pirotubulares por que los gases calientes procedentes de la
combustión de un combustible, circulan por el interior de tubos cuyo exterior
esta bañado por el agua de la caldera.
PRINCIPIO
El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisión
de calor por radiación, y los gases resultantes, se les hace circular a través
de los tubos que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene
lugar el intercambio de calor por conducción y convección.

8. CALDERA PIROTUBULAR

9. CALDERAS PIROTUBULARES
Se fabrican en capacidades que van desde 1 BHP hasta
aproximadamente 900 BHP, en unidades estandarizadas de 5, 10, 20, 40,
20,
100, 200 y mas BHP.
Las presiones de operación más comunes son de 150 Psi y 250 Psi
operació má
aun cuando pueden trabajar a presiones mas bajas.
Son de bajo costo ya que su fabricación es muy sencilla y se utilizan
fabricació
para quemar combustibles gaseosos, líquidos y sólidos
lí só

10. CALDERAS ACUATUBULARES
En estas calderas, al contrario de lo que ocurre en las pirotubulares, es
el agua el que circula por el interior de tubos que conforman un circuito
cerrado a través del calderín o calderines que constituye la superficie de
intercambio de calor de la caldera.
Constan de un hogar configurado por tubos de agua, tubos y refractario,
o solamente refractario, en el cual se produce la combustión del
combustible y constituyendo la zona de radiación de la caldera.
Cuando se requieren presiones superiores a 300 Psi se hace
indispensable la utilización de las calderas acuatubulares aun cuando
pueden operar des de 120 Psi en adelante.

11. CALDERAS ACUATUBULARES
Las capacidades de estas calderas se acercan a los 10 millones de libras
por hora y presiones de 2500 Psi.
Las capacidades de estas calderas no se acostumbran a medirlas en BHP,
normalmente se expresan en lb/hr de vapor producido o en MBTU/HORA

12. CALDERAS ACUATUBULARES

13. COMBUSTIBLES
TEORIA BASICA DE COMBUSTION
COMBUSTIBLES PARA CALDERAS:
CARBON
FUEL OIL
CRUDO DE RUBIALES
COMBUSTOLEOS
GAS NATURAL
PROPANO
BAGAZO
RESIDUOS VEGETALES

14. ÁREA FUENTE
CARBONES - ANALISIS
ANALISIS PROXIMO
Humedad
Materia volátil
Carbono fijo
Cenizas
Poder calorífico

15. ÁREA FUENTE
CARBONES - ANALISIS
ANALISIS ULTIMO % EN PESO DE
CARBONO
HIDROGENO
OXIGENO
NITROGENO
AZUFRE
HUMEDAD
CENIZAS

16. ÁREA FUENTE
ANALISIS TIPO CARBON MINA CUNDINAMARCA
Promedio Máximo
Má Mínimo
Mí
Humedad,% 1.2 1.5 0.11
Volátiles 32.6 36.2 30.5
Cenizas 8.7 10.4 6.4
Azufre 0.64 1.0 0.45
Poder Calórico, Cal/gr 7.781 8219 7538

17. COMBUSTIBLES LIQUIDOS
PROPIEDADES
ANALISIS ULTIMO
Gravedad API.
Poder calorífico.
Viscosidad
Punto de escurrimiento
Punto de inflamación
Agua
Sedimentos
Relación H/C

18. ESQUEMA BASICO DE COMBUSTION
AIRE COMBUSTIBLE GASES SECOS
CO2
CO
O2
O2
N2
N2 C SOX
H NOX
H2O O
N
S Vapor de
W agua
PTS

19. FUNDAMENTO DE COMBUSTION
La combustión puede ser definida como la combinación química
rápida del oxigeno con elementos combustibles.
Los tres elementos químicos mas importantes en la combustión son :
Carbono – Hidrogeno - Azufre
El azufre aunque como fuente de calor no tiene mucha importancia ,
su incidencia se debe a los problemas generados por emisión de
Óxidos de azufre y por lo tanto corrosión en los equipos de
combustión.
El aire es la principal fuente de oxigeno para la combustión tanto para
calderas como hornos de diferentes tipos.
El objetivo de una buena combustión es liberar todo el calor, tratando
de minimizar perdidas debido a las imperfecciones de combustión y
aire falso en el sistema.
Lo anterior se consigue mediante la regla de las tres tes suficiente
temperatura de inicio, turbulencia que permita mezcla entre el oxigeno
combustible y tiempo suficiente para completar la combustión

20. APLICACIONES TIPICAS DE LAS CALDERAS
Concentración en los gases de combustión para optimo desempeño
Combustible % O2 % CO2 Exceso Eficiencia
de aire % %
Gaseoso (1 -2) (11,9 -12,3) (5-10) (85.2-85.4)
% % % %
Fuel Oíl (2-6) (2 -3) (15,4 -15,8) (10-15) (89,0-89,2)
% % % %
Carbón (Stoker) (3.5 -5) (17,2-17,4) (20-30) (81,0-82,0)
% % % %
Carbón (3 -3.5) No (15-20) (85,0-86,5)
% Disponible % %
(Pulverizado(

21. APLICACIONES TIPICAS DE LAS CALDERAS
Para el Monóxido de carbono : la Steam, Its Generation and use. Babcok
& Wilcox, 40 Ed., 1992 (Generación de vapor y su uso) el rango de medición
recomendado para una buena operación de calderas debe estar entre un
150 ppm a 400 ppm.
APLICACIÓN A PARTIR DE UN ANALISIS DE COMBUSTION EN
CALDERA

22. Nombre de la planta Acabados Fecha Diciembre de 2008
Informales
localización Caldera Proyecto Revisión calderas
Operador SDA – Jorge Puertos usados 1
Toro
Tipo de combustible Carbón Mineral Factor mínimo 1.0 Factor 1.230
Combustión 83 máximo
Analizador ECOM –A- PLUS Chequeado SI Después SI
antes
Tiempo Dióxido de carbono Oxigeno Monóxido de carbono Nitrógeno
% CO2 %O2 p.p.m CO % N2
09:49 3,2 17,4 2404 79,4
09:52 3,4 17,2 2959 79,4
09:55 3,6 16,9 3241 79,5
Promedios 3,4 17,2 2868 79,4
Factor de combustión 1.1
%Porcentaje Exceso de aire 451.31

23. CASO DE APLICACIÓN COMBUSTION
Tiempo Dióxido de Azufre) Monóxido de carbono
mg/m3 mg/m3
09:49 24 2805
09:52 133 3452
09:55 281 3781
Promedios
146 3346

24. Gracias