Este documento describe diferentes tipos de calentadores de vapor, incluyendo calentadores cerrados y abiertos de agua de alimentación, así como trampas termodinámicas de vapor. Explica el ciclo regenerativo con calentadores cerrados y abiertos, y analiza los balances de energía involucrados. También describe los componentes principales, tipos y aplicaciones de los calentadores en centrales termoeléctricas.

1. CALENTADORES
PRESENTADO POR:
RAMOS OSNAYO, GARY WILSON
YANQUI COAQUIRA, ADERLY
PACCO HUARACHI, CRISTIAN OSCAR
PEREZ ENRIQUEZ, MIGUEL BRAYAN
Docente:
Ing. PAREDES PAREJA, WALTER
Curso:
Fuerza Motriz

2. CALENTADORES - EPIME 2
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2020
Contenido
CICLO REGENERATIVO..............................................................................................................................3
1. - CALENTADORES CERRADOS DE AGUA DE ALIMENTACION (C.C.) ................. 3
1.1. - CICLO RANKINE CONCALENTADORES CERRADOS DE AGUA DE
ALIMENTACIÓN (C.C.)..................................................................................................................................4
1.2. - TIPOS DE CALENTADORES CERRADOS DE AGUA DE ALIMENTACION......6
A) Calentador horizontal cerrado de tubos en U, para agua de alimentación. ..... 6
B) Calentador vertical cerrado de cascada y tubos, para agua de alimentación.. 6
C) Calentador cerrado de tres zonas, tipo alta presión, para agua de
alimentación horizontal cerrado de tubos en U, para agua de alimentación. .......... 7
1.3. -CALENTADORES CERRADOS EN CENTRALES TERMOELECTRICOS............8
2. - CALENTADORES ABIERTOS DE AGUA DE ALIMENTACION (C.A.) O
DESAIREADORES........................................................................................................... 9
2.1. - CICLO RANKINE CONCALENTADORES ABIERTOS DE AGUA DE
ALIMENTACIÓN (C.A.) O DESAIREADORES.................................................................................9
2.2. – ESQUEMA DE CALENTADORES ABIERTOS DE AGUA DE ALIMENTACION
O DESAIREADORES..................................................................................................................................13
2.3. -CALENTADORES ABIERTOS O DESAIREADORES EN CENTRALES
TERMOELECTRICOS.................................................................................................................................14
3. – TRAMPAS TERMODINAMICAS DE VAPOR......................................................... 15

3. CALENTADORES - EPIME 3
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CICLO REGENERATIVO
El ciclo regenerativo consiste, en extraer parte del vapor expandido en la turbina
y utilizarlo para suministrar calor al fluido de trabajo, aumentado su temperatura
antes de pasar por la fuente principal de calor (Caldera) a una presión
determinada. Existen dos tipos de calentadores uno denominado calentador
abierto o de contacto directo y el calentador cerrado o cambiador de calor de
carcasa y tubos.
1. - CALENTADORES CERRADOS DE AGUA DE
ALIMENTACION (C.C.)
CALENTADORES

4. CALENTADORES - EPIME 4
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1.1. - CICLO RANKINECON CALENTADORES CERRADOS DEAGUA DE
ALIMENTACIÓN (C.C.)
En un calentador cerrado no se mezclan las corrientes que entran. El agua de
alimentación circula por el interior de los tubos que pasan por el calentador y el
vapor extraído de la turbina para precalentar el agua, se condensa sobre los
tubos.
En este caso las 2 corrientes pueden estar a presiones diferentes, dado que no
se mezclan, idealmente el agua de alimentación se calienta hasta la temperatura
de salida del vapor extraído, que abandonara el calentador como un líquido
saturado a la presión de extracción.
A continuación en la figura se presentan dos arreglos de calentadores cerrados
de agua de alimentación: a) Bombeo directo del vapor condesado a la línea del
agua de alimentación de la caldera, b) Atrapa (por estrangulamiento) el vapor

5. CALENTADORES - EPIME 5
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condensado y lo lleva a una zona de menor presión de la línea de agua de
alimentación.
a) b)
Fig. 1.12 Esquema de un calentador cerrado de agua de alimentación a)
bombea directamente el condensado hacia la línea de alimentación de la
caldera y b) atrapa (por estrangulamiento) el vapor condensado y lo lleva a una
zona de
Menor presión en la planta. Fuente: Yunus Cengel y Michael Boles,
“Termodinámica”, cuarta edición.
Para régimen estacionario, el balance de energía para ciclos rankine con
calentadores cerrados, queda:

6. CALENTADORES - EPIME 6
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La sustancia de trabajo usada en casi todos los sistemas de vapor para generar
energía es el vapor de agua. La principal razón es económica, al ser el agua la
sustancia más fácil de obtener en grandes cantidades con un razonable grado
de pureza. Sin embargo, el vapor de agua está muy lejos de ser la sustancia
ideal. Se ha gastado una considerable cantidad de tiempo y dinero en investigar
posibles alternativas, en busca de una sustancia más adecuada que permita
mejorar el rendimiento del ciclo de Rankine para acercarlo más al del ciclo de
Carnot, sin tener que recurrir a complejos sistemas como el ciclo regenerativo.
Entre otros, se recurrió al mercurio como fluido de trabajo, pero existen varios
problemas con esta sustancia. En primer lugar, es muy costoso, y en segundo
lugar el hecho de que sus vapores son sumamente tóxicos. No obstante, las
experiencias realizadas con mercurio despertaron interés en los ciclos binarios.
Un ciclo binario es un sistema que usa dos fluidos de trabajo, por ejemplo,
mercurio y agua. Este sistema consiste en realidad de dos ciclos separados, uno
que usa mercurio y el otro que usa agua como fluido de trabajo.
1.2. - TIPOS DE CALENTADORES CERRADOS DEAGUA DEALIMENTACION
A) Calentador horizontal cerrado de tubos en U, para agua de alimentación.
B) Calentador vertical cerrado de cascada y tubos, para agua de alimentación.

7. CALENTADORES - EPIME 7
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C) Calentador cerrado de tres zonas, tipo alta presión, para aguade alimentación
horizontal cerrado de tubos en U, para agua de alimentación.

8. CALENTADORES - EPIME 8
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1.3. -CALENTADORES CERRADOS EN CENTRALES TERMOELECTRICOS

9. CALENTADORES - EPIME 9
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2. - CALENTADORES ABIERTOS DE AGUA DE
ALIMENTACION (C.A.) O DESAIREADORES
2.1. - CICLO RANKINECON CALENTADORES ABIERTOS DEAGUA DE
ALIMENTACIÓN (C.A.) O DESAIREADORES.
En el caso ideal, se ajustan los flujos másicos de las corrientes que entran al
calentador, de manera que el resultado de la mezcla a la salida del calentador
sea líquido saturado a una presión determinada. Las presiones de entrada deben
ser iguales, para que no se produzcan retornos indeseables en las líneas de
tuberías.

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El análisis teórico de un calentador abierto en un ciclo ideal regenerativo se
emplean los principios de conservación de la masa y la energía aplicados al
volumen de control mostrado en la figura 1.10
De la misma manera, el balance de energía con y es:
Eliminando al combinar las ecuaciones 1.22 y 1.23 tenemos:
Dividiendo toda la ecuación 1.24 entre la masa total tenemos:
Si la fracción de vapor de agua extraída de la turbina, en el estado 4
se representa por, en la ecuación 1.25 entonces:

11. CALENTADORES - EPIME 11
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El trabajo total que sale de la turbina, referido a la unidad de masa que atraviesa
la zona de la caldera y el sobrecalentador, es:
El trabajo de la bomba de condensado en condiciones isentrópicas, referido a la
masa que atraviesa al condensador, es:
El trabajo de la bomba de alimentación en condiciones isentrópicas, referido a la
masa total del ciclo, es:
 Distribucióndelflujo másico:
Por cada kilogramo de vapor que abandona la caldera, “y” Kg, se expanden de
manera parcial en la turbina y se extraen en el Edo 4. El resto (1-y) Kg se
expande por completo hasta la presión del condensador en el estado 5.
Las tasas de flujo másico son diferentes en distintos componentes. Ej. Para una
tasa de flujo másico a través de la caldera de ṁ; será de (1-y) ṁ a través del
condensador. Entonces al realizar los balances de energía en cada dispositivo
se deben considerar las fracciones de flujo que pasa por cada uno de ellos.

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Aplicando el balance de energía en el calentador:
Eliminando ṁ7 al combinar estas dos ecuaciones:
Dividiendo todo entre ṁ1 nos queda:
Si se representa m4/m1 por y4 resulta:

13. CALENTADORES - EPIME 13
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2.2. – ESQUEMA DE CALENTADORES ABIERTOS DEAGUA DE
ALIMENTACION O DESAIREADORES.

14. CALENTADORES - EPIME 14
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2.3. -CALENTADORES ABIERTOS O DESAIREADORES EN CENTRALES
TERMOELECTRICOS.

15. CALENTADORES - EPIME 15
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3. – TRAMPAS TERMODINAMICAS DE VAPOR
A. DEFINICION
Una trampa para vapor es un dispositivo que permite eliminar: condensado, aire
y otros gases no condensables, además de prevenir pérdidas de vapor.
Eliminación de condensado: El condensado debe pasar siempre, rápido y
completamente a través de la trampa para vapor para obtener un mejor
aprovechamiento de la energía térmica del vapor.
Eliminación de aire y otros gases no condensables: El aire y los gases
disminuyen el coeficiente de transferencia de calor. Además, se debe tener
presente que el O2 y el CO2 causa corrosión.
Prevención de pérdidas de vapor: No debe permitir El Paso de vapor sino hasta
que éste ceda la mayor parte de energía que contiene, también las pérdidas de
vapor deben ser mínimas mientras la trampa libera vapor condensado, aire y
gases incondensable.
 Tan pronto como el vapor deja la caldera empieza a ceder parte de su
energía a cualquier superficie de menor temperatura. Al hacer esto, parte
del vapor se condensa convirtiéndose en agua, prácticamente a la misma
temperatura.
 La combinación de agua y vapor hace que el flujo de calor sea menor ya
que el coeficiente de transferencia de calor del agua es menor que el del
vapor.
 De acá nos podemos dar cuenta de la importancia de las trampas de
vapor para una empresa que utiliza algún equipo calentado con vapor.
 Las ventajas de utilizar trampas son muchas, nombrando unas de las más
comunes la de economizar grandes cantidades del combustible requerido
para calentar las inmensas cantidades de agua lo que conlleva a un
ahorro en los costos no despreciable.
 Teniendo en cuenta la energía que puede entregar al trabajar con vapor
es que en el mercado existen varios tipos de trampas de vapor, las cuales
se dividen por grupos, que veremos a continuación.

16. CALENTADORES - EPIME 16
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Luego de tener clara la definición y función de trampa de vapor, analizaremos
los diferentes grupos que existen en el mercado:
 GRUPO MECANICO.
 GRUPO TERMODINAMICO.
GRUPO TERMOSTATICO
B. GRUPO TERMODINAMICO:
Este tipo de trampas de vapor opera con el principio de diferencia entre flujo de
vapor sobre la superficie comparado con el flujo del condensado. Al entrar el
vapor este viene con una velocidad mayor y el disco que usan como válvula se
cierra, y este disco se abre al presentarse la baja velocidad del condensado.
Su funcionamiento es relativamente simple, ya que en su interior solo poseen
una sola pieza en movimiento, un disco flotante.
Figura de: a) Trampa termodinámica en corte, b) disco
En el comienzo, la presión del condensado y o aire levanta el discode su asiento.
El flujo es radial debajo del disco, hacia la salida. La descarga prosigue hasta
que el condensado se acerca a la temperatura del vapor

17. CALENTADORES - EPIME 17
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Un chorro de vapor flash reduce la presión debajo del disco y al mismo tiempo
por re compresión, origina presión en la cámara de control encima del disco, esto
empuja a este último contra su asiento, asegurando un cierre perfecto, sin
pérdida de vapor.
Luego, al acumularse condensado, se reduce el calor en la cámara de control,
conforme se va condensando el vapor bloqueado en la cámara la presión se
reduce. El disco es levantado por la presión de entrada y se descarga el
condensado.
Estas trampas tienen una gran cantidad de descarga en comparación con su
tamaño, ya que son ligeras, simples y compactas. Además, debido a que la única
parte en movimiento es el disco, es posible hacer un mantenimiento fácil.
Figura: Trampa Termodinámica marca Armstrong modelo A3N y AF3N con sus
respectivas medidas (en pulgadas).