Generadores de calor

En ellos se efectúa le transferencia de calor (calor
entregado Qe) desde la fuente caliente,
constituida en este caso por los gases de
combustión generados en el hogar (o en otra
máquina*), al fluido de trabajo (vapor de agua).
Son entonces, esencialmente intercambiadores de
calor de superficie, por lo cual en ellos la
transferencia de calor debe efectuarse con el
mejor rendimiento posible, compatible con los
costos de la instalación.

El esquema funcional se puede sintetizar de la siguiente
manera:
Como sistema, se deben considerar las pérdidas, que en
general se pueden considerar:
– · Pérdidas por los gases de escape (Máximo de 13%)
– · Evaporación del agua formada en la combustión (Hasta 4%)
– · Pérdidas por deficiencias en el rendimiento de combustión
(Hasta 0,2%)
– · Pérdidas por radiación, fugas de calor en general (Hasta
2,5%)

DESARROLLO DE LA GENERACION DE
VAPOR

Calderas en Centrales Térmicas

DESARROLLO DE LA GENERACION
DE VAPOR

CALDEROS INDUSTRIALES
Son equipos diseñados para
transferir calor producido
por combustión, mediante
electricidad, o un fluido
determinado
Se emplean para producir
agua caliente, vapor
saturado, vapor
sobrecalentado

CALDEROS INDUSTRIALES
Es un recipiente cerrado el
cual, por medio de calor
producido por un
combustible al quemarse,
transforma el agua que
contiene en vapor a una
presión mayor que la
atmosférica.

CALENTAMIENTO DE EQUIPOS
DEL PROCESO
Uno o mas calderos proporcionan el vapor necesario
para usarlo en las máquinas y equipos de la planta en el
proceso de calentamiento
La combustión siempre produce material de desecho
hollín ,cenizas, humo
Las trampas de vapor son dispositivos que se colocan
después de un equipo para separar el vapor húmedo del
vapor saturado esta agua caliente se denomina
condensado el mismo retorna al caldero.
Las trampas de vapor son dispositivos que se
colocan después de un equipo para separar el
vapor húmedo del vapor saturado esta agua
caliente se denomina condensado el mismo
retorna al caldero.

MANERAS DE CALENTAR CON
VAPOR SATURADO
A) Vapor directo.-
Inyección directa del
vapor al material
Se emplea en lugares
donde el condensado no
es problema
Uso: limpieza de paredes,
maquinas
B) Vapor indirecto: Se
realiza por medio de
chaquetas, serpentines
intercambiadores
Transmite calor por las
paredes del recipiente al
fluido
El vapor y el condensado
no entran en contacto con
el material a calentar

APLICACIONES DEL VAPOR SATURADO
El vapor de agua generado por un caldero tiene
múltiples aplicaciones, dependiendo de su
presión, temperatura y caudal son:
1.- Calentamiento de maquinaria y equipos del
proceso
2.-Generación de fuerza motriz mecánica, por
máquinas a vapor
3.- Generación de fuerza motriz mecánica por
turbinas
4.- Generación de energía eléctrica por turbinas
5.- Otros usos menores (Sacar manchas en la
lavandería, Limpiar fachadas de edificios,
Limpieza de piezas de máquinas, Calentamiento
de las zona de lavado, Calentamiento de
soluciones o concentración, Aire acondicionado
climatizado, Vaporadores.

APLICACIONES DEL VAPOR
SATURADO
– 3.- Generación de fuerza
motriz mecánica por turbinas
– 4.- Generación de energía
eléctrica por turbinas
– 5.- Otros usos menores

OTROS USOS MENORES
Sacar manchas en la lavandería
Limpiar fachadas de edificios
Limpieza de piezas de máquinas
Calentamiento de las zona de lavado
Calentamiento de soluciones o concentración
Aire acondicionado climatizado
VAPORADORES

Clasificación de los Calderos

CLASIFICACION DE LOS
CALDEROS
a ) Por la disposición de los fluidos
- De tubos de agua (acuotubulares)
- De tubos de humo (pirotubulares)
b) Por la circulación de agua
- Circulación natural
-Circulación asistida
- Circulación forzada

CALDEROS
c) Por el mecanismo de transmisor de calor
- De convección
- De radiación
- De radiación y convección
d) Por el combustible empleado
- De carbón mineral
-De combustible líquido
- De combustible gaseoso
-Nucleares

CALDEROS
Por la presión de trabajo:
-Subcrítico
- De baja presión p< 20 Kg /cm2
- De alta presión p> 64 Kg/ cm2
Supercrítico
Por el tiro:
– Tiro natural
– Tiro forzado
– Tiro inducido

Caldero pirotubular
Los gases de combustión circulan por dentro de los
tubos, y el agua los rodea por fuera

Caldero pirotubular
Además de los elementos de instrumentación elemental como manómetro y presostato
(PI y PS respectivamente), debe considerarse los siguientes elementos:
– · Control de nivel
– · Válvula de seguridad
– · Válvulas de salida y purga
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 que no se utilizan para elevadas producciones de vapor.
Su rendimiento global esperado a lo largo de su vida útil no supera el 65% en el mejor de
los casos.
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.

Calderas Igneotubulares o Pirotubulares:

Calderas Igneotubulares o Pirotubulares:
Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la
combustión pasan por tubos que se encuentran sumergidos en el
agua.
Ventajas:
⇒ Menor costo inicial debido a su simplicidad de diseño.
⇒ Mayor flexibilidad de operación
⇒ Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación.
Inconvenientes:
⇒ Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.
⇒ No son empleables para altas presiones

Caldero acuatubular
Son aquellos en los que el agua o vapor circula por dentro
de los tubos. El esquema funcional es el siguiente:

Caldero acuatubular
A los efectos de fijar
conceptos, se puede
ver una vista general
del armado de una
caldera de 120 T/h, de
tipo convencional,

Calderas Acuotubulares:
Son aquellas en que los gases y humos provenientes de
la combustión rodean tubos por cuyo interior circula agua.
Ventajas:
Pueden ser puestas en marcharápidamente.
Son pequeñas yeficientes.
Trabajan a30 omas atm.
Inconvenientes:
Mayor consto
Debe ser alimentadas con aguadegran pureza.

CALDERAS DE VAPORIZACIÓN
INSTANTÁNEA
Existe una variedad de las
anteriores calderas,
denominadas de
vaporización instantánea,
cuya representación
esquemática podría ser la de
un tubo calentado por una
llama, en el que el agua
entra por un extremo y sale
en forma de vapor por el
otro.

Conjunto del Quemador: prender el equipo, este
dispositivo hace que se produzca una chispa entre los
electrodos originada por el alto voltaje que produce un
transformador, se enciende el piloto, se abre el paso de
combustible y de aire para que encienda la flama, y una
vez que la fotocelda verifica lo anterior, se mantiene en
funcionamiento. El conjunto del quemador comprende
las boquillas, los electrodos, la fotocelda y el cañón
quemador.

Control de nivel del agua: Verifica que el nivel del agua dentro de
la caldera sea un nivel seguro para que ésta encienda. Durante la
operación, vigila y corrige errores; si baja el nivel, envía una señal a
la bomba de alimentación para que arranque e inyecte más agua, si
continúa bajando, por seguridad envía otra señal al quemador para
que se apague y no permite que se encienda hasta tener un nivel
seguro; y en caso de que suba el nivel del agua, envía una señal para
que se pare la bomba. El sistema de control de nivel del agua
comprende del cristal de nivel visual, grifos de prueba del cristal de
nivel, columna de nivel y control de nivel de agua

Bomba de inyección de
agua: Al bajar el agua del
nivel mínimo de operación,
recibe la señal del control
de agua y arranca,
tomando agua del tanque
de condensado e
introduciéndola a la
caldera; en cambio, cuando
sobrepasa un nivel de
seguridad prefijado,
también se apaga para no
exceder el nivel de
operación y ahogar la
caldera.

Cuerpo de la caldera: En el interior de la caldera se
encuentra el hogar (espacio donde se lleva a cabo la
combustión) y los tubos, donde se lleva a cabo el
calentamiento del agua, ya sea interior o exteriormente, y
tiene un aislamiento interior y exterior para evitar pérdidas
de calor y quemaduras al personal. También cuenta con
tapas y registros para permitir el acceso para darle
mantenimiento. Comprende de tubos, material refractario,
mamparas (no siempre), empaques.

Sistema de combustible: Este sistema mantiene la alimentación de
combustible adecuada para la combustión que se realiza en el hogar de
la caldera. Comprende tuberías, filtros, bomba de combustible y válvula
solenoide.
Sistema de aire: Este sistema es el elemento primordial para mantener
una combustión. Debe ser regulado de acuerdo al consumo de vapor y
en proporción adecuada al combustible, para mantener la flama con una
combustión no contaminante y económica. Comprende la malla del
ventilador, el ventilador y las varillas de ajuste para el modulador de
entrada del aire.
Controles eléctricos: El programador es el cerebro de la caldera, ya que
se encarga de efectuar la secuencia adecuada del encendido y apagado
del equipo. En este sistema existen auxiliares de arranque y paro por
presión (presostato), a partir de una presión establecida. Envía una señal
para modular la flama, variando la entrada de aire a través del
modulador de entrada del aire. Comprende del control programador,
presostato, control de nivel de agua, modulador de entrada del aire y
alarma.

EQUIPOS AUXILIARES PARA
EL SISTEMA DE GENERACIÓN
DE VAPOR

Equipo de suavización de agua: Convierte
el agua común en agua “blanda”, la cual
puede ser utilizada para alimentar la caldera.

Tanque de retorno de condensados: Es un
recipiente que contiene el agua de alimentación a la
caldera y debe de cumplir con tres funciones
primordiales:
– Mantener una reserva mínima de agua, suficiente para
alimentar a la caldera durante 20 minutos; esto determina
las dimensiones que debe tener.
– Recuperar el agua suave de los retornos de los
condensados. Para mantener económica la producción de
vapor, debe recolectarse el condensado, ya que es agua
suavizada y calentada, que tiene un costo extra en su
producción y por lo tanto no debe desperdiciarse.

– Precalentar el agua de alimentación a la
caldera. El agua de alimentación a las calderas
debe estar a la mayor temperatura posible para
evitar daños internos a la caldera al introducirle
agua “fría”, y además por economía, para gastar
menos combustible al elevar la temperatura del
agua para convertirla en vapor. Cuanto más
caliente se le introduzca el agua, más aumenta la
capacidad de la caldera.

Tanque deareador o desaereador: Cuando las
calderas instaladas sobrepasan de 200 caballos
caldera, para producción de vapor, se justifica la
utilización de este tipo de tanque, que cumple con
las mismas funciones del tanque de condensados,
además de que remueve el excedente de aire y los
gases corrosivos (oxígeno, bióxido de carbono) a
través de un deareador que se instala en su interior
para crear corriente de vapor que obligue a salir por
el venteo (puede ser automático o manual).

TRANSMISION DE CALOR
La transmisión de calor desde la fuente caliente (gases de
combustión) al fluido de trabajo (agua – vapor) se realiza a
través de la superficie de intercambio, en este caso, las
paredes de los tubos del generador.
El proceso reconoce tres efectos:
– 1. Radiación (desde los gases calientes y luminosos hacia las
paredes externas de los tubos)
– 2. Convección (desde los gases en la capa límite contra la pared
exterior de los tubos)
– 3. Conducción (entre las superficies externa e interna de los tubos)
– 4. y nuevamente convección en la capa límite de la superficie
interna de los tubos hacia el fluido de trabajo.

Tiro
Es la diferencia entre la presión
de la caldera y la presión
atmosférica.
El tiro es necesario para el
funcionamiento del hogar de
una caldera, con el fin de
poderle suministrar el aire
necesario para la combustión
del combustible y arrasar los
gases quemados hacia el
exterior a través de la chimenea

Tiro Natural
Se produce por el
efecto generado por
una chimenea. Su
valor depende de la
altura de la boca de la
chimenea sobre el
nivel del emparrillado
del hogar

Tiro Mecánico
Es el tiro creado por la
acción de inyectores de
aire, vapor o mediante
ventiladores, el cual se
requiere cuando deba
mantenerse un
determinado tiro con
independencia de las
condiciones atmosféricas
y del régimen de
funcionamiento de la
caldera

Ciclo Combinado
Este ciclo combina el Ciclo Rankine con el cilo Brayton
de esta forma se consigue un aumento de potencia
gracias a la caldera recuperadora de calor.....

Esquemático del Ciclo Combinado

COMBUSTION COMPLETA
ESTEQUIOMETRICA

COMBUSTION COMPLETA CON
EXCESO DE AIRE

CONSUMO DE COMBUSTIBLE APROXIMADO
EN FUNCION DE LA POTENCIA hP

PRINCIPAL MEDIDA DE
SEGURIDAD EN LOS
GENERADORES DE VAPOR
(O CALDERAS)

¿Alguna vez se han imaginado que una caldera
(Tubos de Humo) puede explotar totalmente?
De ser así, ¿se ha imaginado la magnitud de la
explosión?
¡¡¡La energía que se libera en una explosión
de una caldera de 100 C.C. (Caballos
Caldera) equivale al impacto de una
locomotora de 50 toneladas a una velocidad
superior a los 500 Km/h!!!

Para evitar este peligro, mantenga siempre un nivel
visual de agua en el cristal de nivel, ya que la falta de
agua puede causar un sobrecalentamiento que puede
provocar la explosión de la caldera.
Si por alguna circunstancia ajena a usted no existe
agua en el nivel, PARE LA CALDERA, NO
INYECTE AGUA, antes de verificar el nivel a través
de los grifos de prueba y sobre todo, esté seguro de
haber corregido el problema antes de arrancar
nuevamente

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