tarea de plantas termicas

1. FACULTAD DE ESTUDIOS
SUPERIORES
ARAGÓN
INGENIERÍA MECÁNICA
PLANTAS TERMOELÉCTRICAS
Tarea no. 2: “Variables para el diseño de calderas”
Alumno: DavidRicardoFernández Cano Veronico

2. VARIABLES MÁS IMPORTANTES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE
CALDERAS
Para hacer el diseño de una caldera se tiene que considerar de manera general los
aspectos tanto térmicos como mecánicos.
En cuanto al diseño térmico las principales variables a considerar son:
 La capacidad de producción de vapor
 La presión a la cual va a estar sometida
Las altas presiones son unas de las principales limitantes y por tanto, una de las
principales variables a considerar. Por ejemplo para aplicaciones pequeñas el tipo de
caldera más ampliamente usado es el pirotubular para pequeñas aplicaciones y en este
se tiene que la fuerza ejercida a lo largo del tambor es dos veces la fuerza ejercida en la
circunferencia. Entonces para mayores capacidades se necesitarían paredes
extremadamente gruesas, por lo cual no son económicamente viables. De lo anterior se
tiene que el límite de presión para este tipo de caldera es de 250𝑝𝑠𝑖 con una producción
de hasta 25000𝑙𝑏/ℎ.
Variables de entrada para el diseño térmico
Las variables de entrada que se deben de considerar para el diseño térmico se agrupan a
continuación.

3.  Operacionales: son los valores nominales de trabajo. Presión de trabajo, masa de
vapor requerida, poder calorífico inferior del combustible y emisividad de la
superficie.
 Geométricos: valor de las dimensiones comerciales de acuerdo con el área de
transferencia de calor y de número de elementos, como por ejemplo el número
de tubos.
 Ambientales: datos de temperatura del agua ambiente y presión atmosférica del
lugar de la instalación.
 Otros aspectos a considerar son las curvas de propiedades de los fluidos, las
condiciones en las que se encuentran los fluidos a la entrada y salida del
intercambiador (presiones, temperaturas, viscosidades, densidades, gastos
másicos, etc.).
Variables de entrada para el diseño mecánico
Una vez establecidas las condiciones del diseño térmico se debe de asegurar mediante el
dimensionamiento de los elementos mecánicos que intervienen en la operación de la
caldera. Entre los elementos mecánicos más comunes que se deben de considerar en el
diseño de calderas están:
 Cálculo del espesor del cuerpo de la caldera
 Cálculo del espesor de los tubos de la caldera
 Espesor de la placa porta tubos
 Cálculo de las bridas
Para la selección del material se debe de tomar en cuenta factores las variables
siguientes:
 Propiedades mecánicas. Alto punto de cedencia, propicie una mínima reducción
del área y alta resistencia a la tensión.
 Propiedades físicas. Coeficiente de dilatación térmico del material, etc.
 Resistencia a la corrosión.
 Facilidad para su manufactura. Maquinabilidad y soldabilidad.
 Vida estimada. Se considera la vida útil del material de acuerdo a cierto tiempo.
 Disponibilidad de los materiales.
 Coste y disponibilidad del material.
ELEMENTOS DE MEDICIÓN PARA CALDERAS
Manómetro
Indicador de presión que debe de tener marcada la presión de trabajo normal y la
presión de trabajo máxima permisible. Normalmente se conectan al espacio vapor de la
caldera por un tubo sifón tipo R, que está lleno de vapor condensado.

4. Indicadores del nivel de agua
Las calderas deben de tener como mínimo un indicador de nivel de agua. Se muestra el
nivel real de agua en la caldera con un tubo de cristal. Se deben de tener indicadores de
nivel que muestren la lectura más baja del agua a 50𝑚𝑚 del punto donde ocurrirá el
sobrecalentamiento.
Otros de los parámetros que deben ser medidos directamente en la caldera son:
Opacidad. El número de opacidad se determina haciendo pasar un flujo de gases de
combustión a través de un filtro de papel. De acuerdo con la intensidad de la mancha
que se produce en el filtro se obtiene un número en la escala de opacidad que está entre
0 y 9. Esta determinación no se realiza en las calderas que funcionan con gas.
Residuos de petróleo. Los hidrocarburos inquemados quedan depositados en el filtro de
papel que se utiliza para medir la opacidad, lo cual es una señal de una combustión
incompleta debido a falta de atomización.

5. Temperatura ambiente. Esta se toma en la entrada de la caldera y en caso de que la
caldera no dependa del aire ambiente, la temperatura se mide en el conducto de
suministro.
Temperatura de los gases de combustión. Esta temperatura se mide en el lugar más
caliente de la corriente de los gases, en este lugar se tiene la mayor concentración de
𝐶𝑂2 y la menor concentración de oxígeno (𝑂2).
Óxidos de nitrógeno (𝑁𝑂 𝑥). Esta medición se toma como parámetro para controlar las
mediciones de combustión efectuadas. Normalmente los 𝑁𝑂 𝑥 se calculan a partir de la
medición del monóxido de nitrógeno.
Presión del flujo de gas. Por medio de una presión diferencial se debe de medir en el
tubo de alimentación y compararse con el valor proporcionado por el fabricante.
Medición de los gases de combustión
Para el desarrollo de este tipo de mediciones se utilizan varios tipos de sensores entre
los cuales se pueden citar los siguientes tipos:
 Sensor químico de dos electrodos.
 Sensor químico de tres electrodos.
 Sensor semiconductor.
ELEMENTOS DE CONTROL PARA CALDERA
Las variables básicas que se deben de controlar en una caldera son
 Control del ventilador de tiro forzado.
 Transformador de ignición.
 Control de llama.
 Controles de vapor (presión máxima de operación y modulación de la presión).
 Control de agua de alimentación (control de la temperatura y control de nivel del
agua).
 Control del combustible (válvula de gas piloto, válvula reguladora de presión de
gas, válvula de gas principal, interruptor de baja presión de gas e interruptor de
alta presión de gas).
La prioridad en el control es en cuanto a la seguridad y por esta razón los controles más
importantes limitan la entrada de energía ante situaciones de peligro, tales como
sobrepresiones, sobrecalentamientos o explosiones. Entre estos controles se tienen:
 Limitadores de presión o temperatura.
 Controles de combustión por bajo nivel de agua control debido a fallo de llama.
 Control de encendido automático.
 Control de corte de combustible
 Interconectado de presión de aire y combustible.

6.  Regulador de agua de alimentación.
Válvula de seguridad. Esta tienen el objetivo de proteger a la caldera contra las
sobrepresiones, al superarse la presión máxima permitida la válvula se abre y deja pasar
por ella el vapor hasta que se vuelve a alcanzar un presión aceptable.
REFERENCIAS
Spirax-Sarco, S. A. U. Accesorios de las calderas.
Ojeda C. Arturo. Control e instrumentación de un generador de vapor para la industria
petroquímica. UNAM, Facultad de ingeniería.
Boned d. Lucas. Diseño de un generador de vapor. Escuela Técnica Superior de
Ingeniería (ICAI).