Calderas Expo

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

DOCENTE:

ROBLADILLO BRAVO, JOHNNY

CICLO:

VI

INTEGRANTES:

AMARO CABRERA CAROLINA AYZANOA ALCA, KATHERINE LISSETE

HUAMAN ESPINOZA CLAUDIA

MENDOZA TANTA, JORGE LUIS

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES

2014


CALDERAS

DEDICATORIA

Este trabajo se lo dedicamos a nuestros padres por su

amor, orientación, apoyo incondicional en los

momentos más difíciles, y por sus palabras de aliento

para seguir adelante en todo momento.

TERMODINAMICA APLICADA 2


CALDERAS

RESUMENLos estudiantes del curso de Termodinámica de la carrera de Ingeniera Ambiental y de Recursos Naturales realizamos este trabajo en el cual consistió en analizar el funcionamiento de una caldera midiendo sus principales propiedades y evaluando posteriormente su eficiencia y su efecto en el ambiente. Para ello, durante el curso de Termodinámica se explicó como es el funcionamiento de una caldera y de una manera resumida se podría decir que una caldera tiene como objetivo la producción de vapor para obtener energía disponible, ya que el vapor producido contiene un alto nivel de energía interna. Esta energía puede transformarse ya sea en energía mecánica o de otro tipo.

ABSTRACTStudents in the course of the race Thermodynamics Environmental Engineering and Natural Resources undertake this work in which he was to analyze the operation of a boiler by measuring it principal properties and later evaluating its efficiency and its effect on the environment. During theoretical classes of the course, it was explained operation of a boiler. In a summarized way it is possible to say that a boiler’s purpose is the steam production to obtain energy available, since the produced steam contains a high level of internal energy. This energy can become mechanical or another type of energy.



CALDERAS



CALDERAS

INDICEINTRODUCCION............................................................................................................................5

DEFINICION...........................................................................................................................6

TIPOS DE CALDERAS.................................................................................................................7

ACUOTUBULARES:........................................................................................................7

PIROTUBULARES:..........................................................................................................9

CLASIFICACION.......................................................................................................................11

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA:........................................................12

LOS ACCESORIOS DE LA CALDERA:.........................................................................................18

a) Accesorios de Observación.............................................................................................19

c) Accesorios de Alimentación de agua..............................................................................19

f) Accesorios de Control Automático..................................................................................19

Accesorios de Observación:................................................................................................20

Accesorios de Seguridad:....................................................................................................20

ECUACIONES BASICAS:...............................................................................................................22

Caldera: Un generador de vapor............................................................................................23

BALANCE TÉRMICO DE UNA CALDERA:..................................................................................23

ECUACIONES DE BALANCE TÉRMICO EN UNA CALDERA:.......................................................24

BALANCE DE ENERGÍA EN UNA CALDERA:..............................................................................26

RENDIMIENTO DE UNA CALDERA...........................................................................................27

APLICACIONES DE CALDEROS EN LA INGENIERIA.......................................................................28

CALDERAS PIROTUBULARES...................................................................................................28

CALDERAS ACUOTUBULARES.................................................................................................29

Ventajas:.............................................................................................................................30

CALDERAS DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA........................................................................30

CALDERAS DE GAS.................................................................................................................31

RENDIMIENTO Y EFICIENCIA DE LAS CALDERAS DE GAS.........................................................31

CALDERAS DE GAS CONTRA EL CAMBIO CLIMÁTICO..............................................................32

Instalación de una caldera a gas.............................................................................................32

CALDERAS EN EL PERU...............................................................................................................33

CALDERAS HORIZONTALES.....................................................................................................33

CALDERAS VERTICALES...........................................................................................................34



CALDERAS

CALDERAS PERU S.A...............................................................................................................36

CONTAMINACION DE CALDERAS EN EL PERU............................................................................37

CONTAMINACION EN EL AGUA..............................................................................................37

CONTAMINACION EN EL AIRE................................................................................................37

Emisiones a la atmosfera........................................................................................................41

EMISIONES DE CO2.............................................................................................................42

EMISIONES DE SO2, NOX Y CO...........................................................................................43

EFICIENCIA ENERGETICA.........................................................................................................44

MONITOREO DE EMISIONES ATMOSFERICAS.........................................................................45

NORMAS SOBRE CONTAMINACIÓN DEL AIRE........................................................................45

OPCIONES PARA MEJORAR LA EFICIENCIA ENERGÉTICA........................................................48

MEDIDAS DE BUENAS PRÁCTICAS DE GESTIÓN (GOOD HOUSEKEEPING)..............................49

TABLAS.......................................................................................................................................51

BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................................54



CALDERAS

INTRODUCCION

Actualmente, la máquina más difundida y utilizada para la obtención de vapor es

sin duda la caldera. Ya sea el caso que se requiera agua temperada o vapor con la

mayor exigencia de presión y temperatura; se continuará empleando una caldera;

únicamente variará el tipo de caldera a emplearse. Según las características del

agua o vapor requeridos se deberán escoger la máquina que mejor cubra las

necesidades; así se podrá escoger según el tamaño (presión de trabajo), el

combustible a utilizar y la forma de circulación del agua y humos.



CALDERAS

DEFINICION

La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar

vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión

constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y

cambia su fase.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato de presión donde el calor

procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a

través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.



CALDERAS

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de

intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es

recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a

semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la

caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

Esterilización (tindarización): era común encontrar calderas en los hospitales,

las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también

en los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los

cubiertos, así como para elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que

esta era una técnica de esterilización).

Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde

el vapor es muy utilizado para calentar petroleos pesados y mejorar su fluidez.

Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es parte

fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es

que el segundo genera vapor sobrecalentado.

Caldera Acuotubula



CALDERAS

TIPOS DE CALDERAS

ACUOTUBULARES: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se

desplaza por tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las

centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen

gran capacidad de generación.



CALDERAS

Funcionamiento:

En estas calderas los gases de combustión circulan por la parte externa de los

tubos, mientras que por su interior lo hace el agua. Tienen un gran espectro de

producción de vapor, la cual puede variar desde una pequeña producción, en

calderas compactas, hasta las grandes producciones de 1000 ton/h y presiones

hasta 150 kg/cm2, cómo es el caso de las centrales termoeléctricas .

En las calderas acuotubulares, los tubos longitudinales interiores se emplean para

aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para que el vapor a mayor

temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más

fría por la parte más baja. Originalmente estaban diseñadas para quemarcombustible

sólido.

La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de humo, ya que

se fabrican de 2, 3, 4 y 6 pasos de agua; dependiendo de la capacidad. El tiempo de

arranque para producción de vapor a su presión de trabajo no es excesivo

comparado con las pirotubulares.



CALDERAS

Hoy en día, la mayoría de las calderas de tubos de agua siguen los modelos

mostrados en la Figura 2.12, éstos se conocen como tipos A, D y O.

PIROTUBULARES: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un

recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta

temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al

contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de

escape.

Funcionamiento:

Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustión pasan por

unos tubos que se encuentran sumergidos en el agua, tienen un menor costo

inicial debido a su simplicidad de diseño, además de tener mayor flexibilidad de

operación y menores exigencia de pureza en el agua de alimentación. El peso y

tamaño es más grande comparado con las acuotubulares, el tiempo para elevar la

presión interior y entrar en funcionamiento es comparativamente alto, además

este tipo de calderas no es utilizado para grandes presiones.

El cuerpo de caldera pirotubular, está formado por un cuerpo cilíndrico de

disposición horizontal o vertical, incorpora interiormente un paquete multitubular



CALDERAS

de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de

vapor. La circulación de gases se realiza desde una cámara (hogar) de adaptación,

hasta la zona posterior o superior (tipo vertical) donde termina su recorrido en

otra cámara de salida de humos.El acceso al cuerpo lado gases, se realiza

mediante puertas atornilladas y abisagradas. En cuanto al acceso, al lado agua se

efectúa a través de la boca de hombre, situada en la parte superior del cuerpo, así

como en las partes inferior y posterior para facilitar la limpieza de posible

acumulación de lodos.

Las calderas de tubos de humos a causa de su diseño compacto, operación y

marcha automática, así como su resultante mantenimiento reducido, tienen una

esperanza de vida menor. Las expectativas de vida están afectadas por el

sobrecalentamiento, subida de carga rápida así como cortes o enfriamientos

rápidos y programas de tratamientos de agua pobres o inexistentes.



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CLASIFICACION

Entre la clasificación de las calderas se puede catalogar:

Por la naturaleza del servicio pueden ser: Fija, portátil, locomotora o marina.

Por el tipo de combustible: Calderas de carbón, de combustibles líquidos, de

combustibles gaseosos,mixtos y de combustibles especiales (residuos, licor

negro, cáscaras de frutos).

Por el tiro: Tiro natural o tiro forzado (con hogar en sobrepresión, en depresión

o en equilibrio).

Por los sistemas de apoyo: Calderas apoyadas y calderas suspendidas.

Por la transmisión de calor: Calderas de convección, calderas de radiación,

calderas de radiación-Convección.

Por la disposición de los fluidos: Calderas de tubos de agua (acuotubulares o

generadores de vapor) y calderas de tubos de humos (pirotubulares)

PARTES PRINCIPALES QUE COMPONEN UNA CALDERA:

Debido a que cada caldera dispone, dependiendo del tipo, de partes características, es muy difícil atribuir a todas ellas un determinado componente.En razón de lo anterior se analizarán las partes principales de las calderas en forma general, especificando en cada caso el tipo de caldera que dispone de dicho elemento. Para tal análisis usaremos el esquema de la caldera cilíndrica sencilla.



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1. Hogar o Fogón: Es el espacio donde se produce la combustión. Se le conoce también con el nombre de Cámara de Combustión.

Los hogares se pueden clasificar en: Según su ubicación:

Hogar exteriorHogar interior

Según el tipo de combustible:Hogar para combustibles sólidosHogar para combustibles líquidos y gaseosos

Según su construcción.Hogar lisoHogar corrugado

Esta clasificación rige solamente cuando el hogar de la caldera lo componen uno o más tubos a los cuales se les da el nombre deTubo Hogar.

2. Puerta Hogar:

Es una pieza metálica, abisagrada, revestida generalmente en su interior con ladrillo refractario o de doble pared, por donde se alimenta de combustible sólido al hogar y se hacen las operaciones de control de fuego.

En las calderas que queman combustibles líquidos o gaseosos, esta puerta se reemplaza por el quemador.



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3. Emparrillado:

Son piezas metálicas en formas de rejas, generalmente rectangulares o

trapezoidales, que van en el interior del hogar y que sirven de soporte al

combustible sólido. Debido a la forma de reja que tienen, permiten el paso del

Aire primario que sirve para que se produzca la combustión.

Las parrillas deben adaptarse al combustible y cumplir los siguientes

requisitos:

-Deben permitir convenientemente el paso del aire

-Deben permitir que caigan las cenizas

-Deben permitir que se limpien con facilidad y rapidez

-Deben impedir que se junte escoria

-Los barrotes de la parrilla deben ser de buena calidad para que no se quemen

o deformen

-Deben ser durables

-Algunos diseños de parrillas permiten que por su interior pase agua para

refrigerarlas y evitar recalentamientos.

Tipos de parrillas:

Según su instalación:

-Fijas o estacionarias: Son aquellas que no se mueven durante el trabajo

- Móviles o rotativas: Son aquellas que van girando o avanzando mientras se quema el

combustible.

Según su posición:

-Horizontales

-Inclinadas

-Escalonadas



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4. Cenicero:

Es el espacio que queda bajo la parrilla y que sirve para recibir las cenizas que caen de ésta. Los residuos acumulados deben retirarse periódicamente para no obstaculizar el paso de aire necesario para la combustiónEn algunas calderas el cenicero es un deposito de agua.

5. Puerta del Cenicero:

Accesorio que se utiliza para realizar las funciones de limpieza del cenicero. Mediante esta puerta regulable se puede controlar también la entrada del aire primario al hogar.Cuando se hace limpieza de fuegos o se carga el hogar, se recomienda que dicha puerta permanezca cerrada con el objeto de evitar el retroceso de la llama.

6. Altar:

Es un pequeño muro de ladrillo refractario, ubicado en el hogar, en el extremo opuesto a la puerta del hogar y al final de la parrilla, debiendo sobrepasar a ésta en aproximadamente 30 cm.

Los objetivos del altar son: Impedir que al avivar, cargar o atizar los fuegos tiren partículas de

combustibles o escoria al primer tiro de los gases.

El altar forma también el cierre interior del cenicero

Imprimir a la corriente de aire de la combustión una distribución lo mas uniforme posible y una dirección ascensional vertical en todo el largo y ancho de las parrillas.



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Restringir la sección de salida de los gases calientes aumentando su velocidad, lo cual facilita su mezcla y contacto intimo con el aire, haciendo así que la combustión sea más completa.

7. Mampostería:

Se llama mampostería a la construcción de ladrillos refractarios o comunes que tiene como objeto:

-Cubrir la caldera para evitar perdidas de calor al exterior-Guiar los gases y humos calientes en su recorrido.

Para mejorar el aislamiento la mampostería se dispone, a veces, en sus paredes de espacios huecos (capas de aire) que dificultan el paso de calor al exterior.En algunos tipos de calderas, se ha eliminado totalmente la mampostería de ladrillo, colocándose solamente aislamiento térmico en el cuerpo principal y cajas de humo.Para este objeto se utilizan materiales aislantes, tales como lana de vidrio recubierta con planchas metálicas.

8. Conductos de Humos:

Es aquella parte de la caldera por donde circulan los humos y los gases calientes que se han producido en la combustión, en estos conductos se realiza la transmisión de calor al agua que contiene la caldera. En las calderas ígneo tubulares, estos conductos (tubos) deben instalarse de modo que su extremo superior quede a 10 cm (4 “) por debajo del nivel mínimo de agua de la caldera.

9. Caja de Humo:

Corresponde al espacio de la caldera en el cual se juntan los humos y gases después de haber entregado su calor y antes de salir por la chimenea.

10. Chimenea:

Es el conducto de salida de los gases y humos de la combustión hacia la atmósfera, los cuales deben ser evacuados a una altura suficiente para evitar perjuicios o molestias a la comunidad. Además, tiene como función producir el tiraje necesario para obtener una adecuada combustión, esto es, haciendo pasar el aire necesario y suficiente para quemar el combustible, en caldera que



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usan combustibles sólidos. (Tiraje naturalLas dimensiones de la chimenea en cuanto a su altura y diámetro estarán determinadas por el tiraje necesario y condiciones de instalación respecto a edificios vecinas. En las calderas modernas existe tiraje artificial en que el movimiento del aire se hace por ventiladores sin descartar, desde luego, los usos de la chimenea.

11. Regulador de Tiro o Templador:

Consiste en una compuerta metálica instalada en el conducto de humo que comunica con la chimenea o bien en la chimenea misma. Tiene por objeto dar mayor o menor paso a la salida de los gases y humos de la combustión.

Este accesorio es accionado por el operador de la caldera para regular la cantidad de aire en la combustión, al permitir aumentar (al abrir) o disminuir (al cerrar) el caudal. Generalmente se usa en combinación con la puerta del cenicero.

12. Tapas de Registro o Puertas de Inspección:

Son aperturas que permiten inspeccionar, limpiar y reparar la caldera. Existen dos tipos dependiendo de su tamaño:

Puertas de hombres: Como su nombre lo indica, estas puertas tienen el tamaño suficiente para permitir el paso de un hombre para inspeccionar interiormente la caldera y limpiarla.

Tapas de Registro: todas las calderas tienen convenientemente distribuidas cierto número de tapas que tienen por objeto inspeccionar ocularmente el interior de las calderas o lavarlas, si es necesario extraer en forma mecánica o manual, los lodos que se hayan acumulado y que no hayan salido por las purgas.

Casi todas las tapas tienen forma ovalada para ajustar de adentro hacia fuera, llevan empaquetadura para su ajuste hermético y un perno central para su apriete. Algunas calderas tienen orificios cilíndricos los cuales se sellan con tapas tornillos.

13. Puertas de Explosión: Son puertas metálicas con contrapeso o resortes, ubicadas generalmente en la caja de humos y que se abren en caso de exceso de presión en la cámara de combustión, permitiendo la salida de los gases y eliminando la presión. Solo son utilizables en calderas que trabajen con combustibles líquidos o gaseosos.



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14. Cámara de Agua:

Es el volumen de la caldera que esta ocupado por el agua que contiene y tiene como límite superior un cierto nivel mínimo del que no debe descender nunca el agua durante su funcionamiento. Es el comprendido del nivel mínimo visible en el tubo de nivel hacia abajo.

15. Cámara de Vapor:

Es el espacio o volumen que queda sobre el nivel superior máximo de agua y en el cual se almacena el vapor generado por la caldera.Mientras más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara En este espacio o cámara, el vapor debe separarse de las partículas de agua que lleva en suspensión. Por esta razón, algunas calderas tienen un pequeño cilindro en la parte superior de esta cámara, llamado “domo” y que contribuye a mejorar la calidad del vapor.

16. Cámara de Alimentación de Agua:

Es el espacio comprendido entre los niveles máximos y mínimos de agua. Durante el funcionamiento de la caldera se encuentra ocupado por agua y/o vapor, según sea donde se encuentre el nivel de agua.

LOS ACCESORIOS DE LA CALDERA:

Los accesorios de la caldera son todos los elementos útiles y necesarios para permitir y o controlar el buen funcionamiento del equipo generador de vapor.



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Cada uno de los accesorios tiene una función específica que cumplir cuando el equipo está en servicio. Y se pueden clasificar como sigue:

a) Accesorios de Observación

Indicadores de nivel de aguaTubo de NivelGrifos o llave de pruebaIndicadores de presiónAltímetrosManómetrosAnalizadores de gases de la combustiónIndicadores de CO2Indicador de COIndicadores de temperaturas TermómetroPirómetros

b) Accesorios de SeguridadVálvula de Seguridad Silbatos de AlarmaTapones Fusibles

c) Accesorios de Alimentación de aguaBombas CentrífugasBombas Manuales



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Bombas De Embolo

d) Accesorios de Limpieza Puertas de Inspección Válvulas de extracción de fondo Sopladores de hollín

e)Accesorios de aumento de Eficiencia EconomizadoresCalentadores de AireRetardador

f) Accesorios de Control AutomáticoControl de Presión PresostatoControl de temperatura TermostatoControl nivel de aguaControl de aireControl de la llamaControl de encendido

DESCRIPCIÓN DE LOS ACCESORIOS:

Accesorios de Observación:

- Indicadores de nivel de agua: Toda caldera deberá estar provista, a lo Menos, de dos indicadores de nivel de agua, independientes entre sí. Uno de ellos deberá ser de observación directa del nivel de agua, del tipo tubo de vidrio (figura 1), pudiendo ser el otro formato por una serie de tres Grifos o llaves de prueba figura 2.

- Indicadores de presión: Toda caldera deberá estar provista de uno o más manómetros (figura 3), que se conectarán a la cámara de vapor de la caldera Mediante un tubo que forme un sello de agua.

Analizadores de gases: Son aparatos que sirven para controlar la calidad de la combustión dentro del hogar, a través del análisis de los gases que salen por la chimenea (figura 4)

- Indicadores de temperatura: Son instrumentos destinados a medir la temperatura, ya sea del agua de alimentación, del vapor, de los gases de la combustión del petróleo, etc.

Accesorios de Seguridad:

-Válvulas de seguridad:



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Tiene por objeto dar salida al vapor de la caldera cuando ésta sobrepasa a la presión máxima de trabajo.

- Tapón fusible:

El tapón fusible, es un elemento que permite el paso de vapor y agua hacia el hogar, cuando el nivel de agua en la caldera baja más allá del mínimo permitido (figura 6)

- Alarmas:

Toda caldera dispondrá de un sistema de alarma, acústica o visual, que funcione cuando el nivel de agua alcance el mínimo o el máximo, deteniendo a la vez, el funcionamiento del sistema de combustión, cuando se alcance el nivel mínimo de agua.

Accesorios de Alimentación de Agua:

- Bombas: Este accesorio al igual que el inyector, nos permite reponer él agua que se ha vaporizado en el interior de la caldera. Entre éstas, tenemos las Bombas Centrífugas y las de émbolo.

- Inyectores: Los inyectores, son dispositivos que funcionan con el mismo vapor que produce la caldera y son capaces de descargar agua a una presión mayor que la presión interna de la caldera.

Accesorios de Limpieza:

-Puertas de inspección: Según sus dimensiones se llaman puertas de hombre o tapas de registro. Éstas últimas sólo permiten el paso de un brazo. Ambas puertas sirven para efectuar limpiezas o inspecciones en el interior de los colectores principales o de los tubos según sea su ubicación.

- Llaves de purga: Entre las llaves de purga, se pueden distinguir las válvulas de extracción de fondo y las de extracción de superficie. La primera de ellas va ubicada en las partes más bajas de la caldera y sirven para extraer los lodos o barros provenientes de la vaporización de las aguas duras y acción del uso de los desincrustantes.

Accesorios de Control:

-Retardadores: Consisten en una plancha lisa, del mismo ancho que el diámetro interior del tubo, torcida en forma de hélice, la que se mete en el tubo de caldera. Los gases calientes tienen ahora que recorrer un camino mayor, siendo más lento el paso



CALDERAS

de ellos por el interior de los tubos y entregando mayor cantidad de calor al agua. La eficiencia de la caldera se aumenta entre un 2 % y 8 % con el uso de retardadores.

- Presostatos: Son accesorios que funcionan sobre la base de la máxima y mínima presión de trabajo de la caldera. Actúan sobre el quemador, apagándolo al llegar a la máxima presión para lo cual fue regulado y encendiéndolo al alcanzar la mínima presión deseada.

- Termostato: Son accesorios que funcionan de acuerdo a la temperatura del agua. Apagan el quemador cuando se obtiene la máxima temperatura para la cual fue regulada.

- Control de nivel de agua: Los controles de nivel de agua, tienen por objeto controlar que el agua, dentro de la caldera, se mantenga en un valor o en un rango pre-determinado.

- Control de la llama: Mediante una celda fotoeléctrica se controla la llama (su largo) impidiendo la alimentación de combustible, en caso de que ésta no exista en el hogar.

Control del encendido (chispa): Por medio de este control, se impide que salga combustible sin que exista la chispa para encender.

ECUACIONES BASICAS:

LA CALDERA ES UN SISTEMA ABIERTO O VOLUMEN DE CONTROL:Es aquel que puede intercambiar energíay masacon los alrededores.

La ecuación de Primera Ley para este tipo de sistemas es:

CALDERA : OPERA CON UN PROCESOS DE FLUJO ESTABLE ESTADO ESTABLE (FEEE):

∆ mvc=0 , ∆ E vc=0

Este dispositivo opera en estado estable y no producen ni consumen trabajo.



CALDERAS

Las propiedades intensivas y extensivas dentro del volumen de control no cambian con el tiempo por lo que la densidad es constante al igual que el volumen.

La cantidad de energía que entra debe ser igual a la cantidad de energía que sale.

Adicionalmente la elevación y la velocidad permanecen constantes en una posición fija en valores promedios.

La cantidad de masa dentro del volumen de control No varia con el tiempo:

El flujo de masa que atraviesa el V.C. y sus propiedades no varían con el tiempo por lo tanto las propiedades intensivas y extensivas son constantes dentro del V.C. en el tiempo, y como la masa permanece constante, se cumple que:



CALDERAS

Caldera: Un generador de vapor Emplea una fuente de energía, tal como el quemado de combustible, para vaporizar un

fluido. En este equipo los cambios de energía cinetica y potencial son típicamente

despreciables y el mismo no involucra trabajo.

La ecuación de Primera Ley para este equipo, se reduce a:

Q=m(hsal−hent)

Donde: Q= Calor neto

m = masa total del sistema

h= entalpia de entrada y salida

BALANCE TÉRMICO DE UNA CALDERA:

Se refiere a los cálculos necesarios para cuantificar la distribución de energía.En este caso la energía que se libera por la combustiónse divide en:

La entregada al vapor de descarga Las pérdidas por la chimenea Otras pérdidas indirectas

Las pérdidas por la chimeneaa su vez las podemos dividir en:

o Calor perdido por el aire seco o Calor perdido por la humedad ambiente o Calor perdido por la humedad del combustible o Calor perdido por combustión incompleta.



CALDERAS

ECUACIONES DE BALANCE TÉRMICO EN UNA CALDERA:

Calor útil entregado al vapor de descarga de la caldera (qv)

donde:

mv= caudal en masa o flujo másico de vapor generado (kg vapor agua/s)

mc= caudal en masa o flujo másico de combustible consumido (kg comb./s)

hs= entalpía del vapor generado (kcal/kg agua)

he= entalpía del agua de alimentación (kcal/kg agua)

Calor perdido al ambiente por el aire seco de la chimenea ( qg )



CALDERAS

Calor perdido por la humedad contenida en el combustible (qhc):

Calor perdido por combustión incompleta (qci):

BALANCE DE ENERGÍA EN UNA CALDERA:

En el balance de calor de una caldera se estable la siguiente igualdad:



CALDERAS

CALOR ENTRANTE = CALOR SALIENTE

Para realizar el balance deberemos:

- Establecer una temperatura de referencia (normalmente la temperatura ambiente)

- Realizar un balance de masa

-Considerar el PCI del combustible

Calor del fluido de entrada (Qfe):

Donde:

hfe= Entalpía del fluido de entrada [kcal/kg]

Ca = caudal del agua de alimentación a caldera (kg/h)

b = consumo horario de combustible

Calor del fluido de salida (Qfs):

Donde:

hfs= Entalpía del fluido de salida (kcal/kg)

Pv = Producción de vapor (kg / h)

b= consumo horario de combustible

RENDIMIENTO DE UNA CALDERA



CALDERAS

- Método directo:

Donde:

PV = Producción de vapor [kg/h]

HV = Entalpía del vapor [kcal/kg]

hfe= Entalpía del fluido de entrada [kcal/kg]

b = Consumo de combustible [Ud. de combustible/h]

PCI = Poder Calorífico Inferior del combustible [kcal/Ud. de combustible]

APLICACIONES DE CALDEROS EN LA INGENIERIA

PRINCIPALES TIPOS DE CALDERAS Aunque existen numerosos diseños y patentes de fabricación de calderas, cada una de las cuales puede tener características propias, las calderas se pueden clasificar en dos grandes grupos; calderas pirotubulares y acuatubulares, algunas de cuyas características se indican a continuación.

CALDERAS PIROTUBULARES Se denominan pirotubulares por ser los gases calientes procedentes de la combustión de un combustible, los que circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta bañado por el agua de la caldera. 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. Según sea una o varias las veces que los gases pasan a través del haz tubular, se tienen las calderas de uno o de varios pasos. En el caso de



CALDERAS

calderas de varios pasos, en cada uno de ellos, los humos solo atraviesan un determinado número de tubos, cosa que se logra mediante las denominadas cámaras de humos. Una vez realizado el intercambio térmico, los humos son expulsados al exterior a través de la chimenea.

CALDERAS ACUOTUBULARES. 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. Adicionalmente, pueden estar dotadas de otros elementos de intercambio de calor, como pueden ser el sobrecalentador, recalentador, economizador, etc. Estas calderas, 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. Desde dicho hogar, los gases calientes resultantes de la combustión son conducidos a través del circuito de la caldera, configurado este por paneles de tubos y constituyendo la zona de convección de la caldera. Finalmente, los gases son enviados a la atmósfera a través de la chimenea.



CALDERAS

Con objeto de obtener un mayor rendimiento en la caldera, se las suele dotar de elementos, como los ya citados, economizadores y precalentadores, que hacen que la temperatura de los gases a su salida de la caldera, sea menor, aprovechando así mejor el calor sensible de dichos gases

Ventajas:

• La Caldera de tubos de agua tiene la ventaja de poder trabajar a altas presiones dependiendo del diseño hasta 350 psi.

• Se fabrican en capacidades de 20 HP hasta 2,000 HP.

• Por su fabricación de tubos de agua es una caldera "INEXPLOSIBLE".

• La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de humo, ya que se fabrican de 3, 4 y 6 pasos dependiendo de la capacidad.



CALDERAS

• El tiempo de arranque para producción de vapor a su presión de trabajo no excede los 20 minutos.

• Los equipos son fabricados con materiales que cumplen con los requerimientos de normas.

• Son equipos tipo paquete, con todos sus sistemas para su operación automática.

• Son utilizados quemadores ecológicos para combustóleo, gas y diesel.

• Sistemas de modulación automática para control de admisión aire-combustible a presión.

• El vapor que produce una caldera de tubos de agua es un vapor seco, por lo que en los sistemas de transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento. El vapor húmedo producido por una caldera de tubos de humo contiene un porcentaje muy alto de agua, lo cual actúa en las paredes de los sistemas de transmisión como aislante, aumentando el consumo de vapor hasta en un 20%.

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. Dado que el volumen posible de agua es relativamente pequeño en relación a la cantidad de calor que se inyecta, en un corto tiempo la caldera esta preparada para dar vapor en las condiciones requeridas, de ahí la denominación de calderas de vaporización instantánea.



CALDERAS

Hay que destacar que en estas calderas el caudal de agua inyectada es prácticamente igual al caudal de vapor producido, por lo que un desajuste entre el calor aportado y el caudal de agua, daría lugar a obtener agua caliente o vapor sobrecalentado, según faltase calor o este fuese superior al requerido.

CALDERAS DE GAS

Las calderas de gas utilizan el gas como combustible, gas natural, propano o incluso butano. Según su instalación, las calderas gas pueden ser de suelo, cuya potencia calorífica suele ser más elevada, o calderas murales, las más comunes instaladas en una vivienda.

Las calderas de gas pueden utilizarse de manera simple, sólo para calefacción, o de forma mixta, para generar calefacción y agua caliente sanitaria.

RENDIMIENTO Y EFICIENCIA DE LAS CALDERAS DE GAS

Según su forma de funcionar, su rendimiento y consumo, también podemos hacer distinción entre distintos tipos de calderas:

Calderas Estandar: las calderas de funcionamiento tradicional. Tienen un rendimiento

inferior ya que necesitan consumir más energía para calentar el agua.

Calderas de condensación: las calderas de condensación tienen un 15% más de

rendimiento que las calderas estancas, llegando a conseguir rendimientos del 110%.



CALDERAS

Calderas de baja temperatura: es aquella que puede funcionar contínuamente con

una temperatura de agua de retorno (no de caldera) inferior a 40ºC. Su rendimiento es

menor que las de condensación pero mayor que la estandar.

Según de dónde proceda el aire que utilizan para la combustión, se distingue entre caderas de gas atmosféricas (viene de la misma estancia donde está ubicada la caldera) o estancas (toman el aire del exterior). Las más seguras son las estancas.

CALDERAS DE GAS CONTRA EL CAMBIO CLIMÁTICO

Según el RITE o Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios, las nuevas calderas que se instalan desde 2010 deben garantizar un bajo nivel de emisión de CO2 a la atmósfera. Las calderas que cumplen estos requisitos son:

Calderas de condensación

Calderas de Clase 5 bajo NoX: este tipo de calderas de gas favorecen la reducción de emisiones contaminantes, obteniendo Clase 5 en emisiones NOx (EN483)

Sin embargo, en la última actualización del RITE se potencia claramente la instalación de calderas de condensación frente a las de Clase 5 bajo NoX. Literalmente:

En los edificios de nueva construcción, las calderas que utilizan combustibles fósiles para calefacción deberán tener:

a) Para gas:

1. Rendimiento a potencia útil nominal y una temperatura media del agua en la caldera de 70 ºC: η ≥ 90 + 2 log Pn.

2. Rendimiento a carga parcial de 0,3 • Pn y a una temperatura de retorno del agua a la caldera de 30 ºC: η ≥ 97 + log Pn.

Instalación de una caldera a gas

Toda instalación que funcione con gas deber seguir unas reglas de seguridad estrictas que garanticen su correcto funcionamiento. Por esa razón sólo los instaladores expertos y con carnet de instalador deber realizar la instalación de una caldera a gas.

Cuando el instalador profesional termine su trabajo, éste debe entregarle un certificado de instalación en un impreso oficial expedido por la Delegación de Industria de su comunidad autónoma.

Si necesitar instalar una caldera a gas en su hogar, le ofrecemos nuestra base de datos de instaladores profesionales de toda España:



CALDERAS

CALDERAS EN EL PERU

GOÑE SERVICIOS GENERALES S.R.L es un empresa dedicada al sector industrial del ramo metal metalica que tiene como visión ser una empresa líder en el parque de calderas que brinde su servicio a todas las empresas que generen energía térmica a vapor con bajos costos de fabricación servicios y suministros mantieniendo su esfuerzo por mejorar cada dia en el apoyo de los clientes.

CALDERAS INTESA

Nosotros somos CALDERAS INTESA, contamos con más de 25 años de experiencia en la fabricación de equipos generadores de vapor, al servicio de la industria nacional y extranjera. Nosotros diseñamos y construimos equipos para los más variados procesos de generación de vapor en lo cual somos especialistas, brindamos asesoría técnica en general, con el fin de ofrecer un servicio integral a nuestros clientes.

Está conformado por ingenieros especializados y técnicos calificados, con amplia experiencia en el rubro de equipos térmicos y todos sus equipos complementarios cumpliendo con los estándares internaciones de la norma técnica ASME (American Society of MechanicalEngineering) para calderas y recipientes a presión. Brindamos asesoría en la selección del equipo más adecuado a sus necesidades, así como la distribución del mismo en el cuarto de máquinas. Contamos con la más completa y moderna infraestructura para la fabricación integral de calderas con la mejor eficiencia y calidad que nuestros clientes merecen.

CALDERAS HORIZONTALES

Diseño sobresaliente de Tres Pasos de fuego, tipo paquete, espalda húmeda, Hogar corrugado, no utiliza refractarios en la parte posterior de desvíos de Gases, Hogar 100% sumergido en Agua.

Eficiencia mínima garantizada 87%, construcción bajo NORMA ASME. Alta eficiencia en la utilización de combustibles No 2, No 6, r-500, GLP Gas Natural. Capacidades desde 30 hasta 1200 BHP y presiones de diseño de 150,200 PSI. Materiales certificadosASTM,

Mediante el diseño incomparable de nuestra caldera de 3 Pases de Fuego Espalda

Húmeda (WET BACK) y Hogar Central Corrugado garantizamos una alta eficiencia en la

generación de vapor y optimización del combustible dando cumplimiento a las

exigencias del código ASME.( American Society of Mechanical Engineers).



CALDERAS

Garantizamos los menores costos de operación y mantenimiento debido a que nuestra

caldera no cuenta con refractarios y toda la superficie de transferencia de calor se

encuentra totalmente sumergida en agua.

Fabricamos equipos para consumir combustibles líquidos (diesel 1, diesel 2, petróleo

industrial 6 y petróleo industrial 500) combustibles gaseosos (gas natural y/o G.L.P.),

combustibles sólidos (carbón antracítico, bituminoso, leña, aserrín, pajilla de arroz,

café y cacao; entre otros).

CALDERAS VERTICALES

La línea de calderas verticales Intesa ofrece un compacto y eficiente diseño que

reduce requerimientos de espacio, mantenimiento y suministro de gas.

Las calderas verticales Intesa manejan un sistema sin tubos, evitando así problemas de

mantenimiento por lo que son Adecuado por la Industria Hotelera y pequeña

agroindustria, estos equipos son totalmente automaticos, tienen poco tamaño y peso

por lo que su mantenimiento es sencillo y rapido. Su especial diseño permite producir

gran cantidad de vapor en tiempos cortos, por lo que tienen una capacidad de

respuesta muy agil a la demanda de vapor



CALDERAS

Nuestro Diseño

-Diseño vertical compacto que ahorra espacio

-Diseño de cuatro-pasos

-A prueba de shock, sin tubos que se puedan aflojar o quemar

-Acceso conveniente a la hornilla ubicada a la altura de sus ojos

-Ensamblado de fábrica, completamente automática

-Simple y económica de instalar

-Disminuidas bajas de presión de agua

Aplicaciones de la caldera

Por sus características, puede ser aplicada en diferentes industrias, tales como:

- Queseras- Lavanderías y Tintorerías- Embotelladoras- procesadores de alimentos- Mataderos- Industria alimenticia- industria del cromado- Plantas textiles- Plantas de secado- -Plantas de confección



CALDERAS

- -Calefacción- -Fabricas de bloques de concreto- -Plantas de curaje de concreto- -Procesadoras de plásticos- -Plantas de industria química- Tenerías- -Procesadoras de asfalto

Tanque de retorno de condensado y alimentación

Es diseñado con el propósito de seguir reduciendo costos en la operación de la caldera de vapor.

Al alimentar la caldera con agua caliente tendremos vapor mucho más rápido, ya que al lograr aumentar la temperatura de agua se consigue el punto de ebullición de esta sin mayor consumo de combustible en la caldera.

CALDERAS PERU S.A. Es una empresa que nació hace 25 años para satisfacer adecuadamente las necesidades del mercado industrial en los diferentes sectores de la economía (Sector industrial, alimenticio, químico, papelero, minero, pesquero, agropecuario, construcción, metalúrgico, servicio, etc), contribuyendo al desarrollo y despegue de la industria nacional, distribuyendo nuestros equipos de alta calidad con garantía y un servicio post-venta único en el país, desarrollando también proyectos integrales en generación y uso de vapor y energía térmica, lo que nos ha permitido consolidarnos y posicionarnos actualmente como una del las mejores empresas del Peru en brindar servicios especializados en el diseño, fabricación, reparación, mantenimiento, e instalación de CALDERAS DE VAPOR, CALENTADORES DE AGUA, CALENTADORES DE ACEITE TERMICO, EQUIPOS AUXILIARES, MAQUINARIA AGROINDUSTRIAL, SAUNAS Y/O BAÑOS TURCOS, siendo nuestro principal objetivo proponer la calidad en todos nuestros servicios, acorde con las exigencias de la actividad productiva y la calidad industrial de su empresa, demostrando nuestra capacidad en recursos humanos y tecnológicos.



CALDERAS

CONTAMINACION DE CALDERAS EN EL PERULa política ambiental se ha enmarcado en un enfoque proteccionista más que de incentivo del uso eficiente de los recursos. La concepción de reparar los daños de las acciones contaminadoras, en lugar de incorporar el principio de prevención.

A partir de la promulgación del Código del Medio Ambiente (CMA) , se tiene una orientación más clara de la importancia del tema ambiental para las actividades productivas del país, y se empieza a dictar normas de manera más integral.

Posteriormente se comenzó a incorporar la conservación, prevención y perspectiva económica en la normatividad, a partir de allí y teniendo al CONAM como un organismo que tiene un rol rector y articulador en lo referente a las normas ambientales se empezó a trabajar en los reglamentos de estándares nacionales de calidad ambiental del aire en donde además figuran los Límites Máximos Permisibles (LMP).

CONTAMINACION EN EL AGUAEn casi la totalidad de empresas industriales del Perú el tratamiento del agua que se alimenta a las calderas consiste en el ablandamiento del agua mediante resinas de intercambio iónico, con lo cual se remueven los iones de Calcio y Magnesio presentes en el agua (producen incrustaciones) intercambiándolos por iones Na+ que no producen incrustaciones.

La resina se regenera con una solución de Cloruro de Sodio al 10%.Adicionalmente a dicho ablandamiento, se realiza un tratamiento interno del agua de caldera para eliminar restos de sales de Calcio y Magnesio, así como oxígeno disuelto presente en el agua ya ablandada. Ello se realiza típicamente mediante la adición de productos químicos tales como Fosfatos y Sulfito de Sodio.

De acuerdo a evaluaciones realizadas en las diferentes empresas industriales, el ablandamiento del agua y el tratamiento interno no siempre son realizados de una manera eficaz, de tal manera que eventualmente se presentan incrustaciones de sales en los tubos de las calderas, lo cual reduce la transmisión de calor y la eficiencia energética de las calderas.

CONTAMINACION EN EL AIRELOCALIZACIÓN



CALDERAS

Las calderas están localizadas en 21 de los 24 Departamentos en que se divide políticamente el Perú (MITINCI 2000).

El mayor número de calderas corresponde a los Departamentos de Lima (36,7%), Ancash (13,4%) y, La Libertad (7,5%). Las mayores potencias acumuladas corresponden a los Departamentos de Lima (25,5%), Ancash (18,1%) y, La Libertad (11,7%).

ENCUESTA NACIONAL DE CALDERAS

En el Perú no existe información estadística oficial acerca del consumo de combustibles en las calderas de la industria y menos aún del número de calderas existentes. La mejor base disponible para estimar el consumo de combustible y número de calderas industriales en el Perú es la Encuesta Nacional de Calderas (ENC) que realizó el Ministerio de Industria, Turismo, Integración y Negociaciones Comerciales Internacionales en el año 2000 (MITINCI 2000).

La ENC fue concebida inicialmente para ser respondida por las empresas manufactureras incluidas en la Sección D (Divisiones 15 a 37) del CIIU (Clasificación Internacional Industrial Uniforme), lo cual agrupa a unas 18.849 empresas.

Durante el proceso de la encuesta, se incluyó adicionalmente a empresas de otras Secciones y Divisiones no consideradas inicialmente, tales como Hospitales (Sección N, Di visión 85), Hoteles (Sección H, División 55) y Lavanderías (Sección O, División 93).

Todo ello (Secciones D, N, H, O) contabiliza aproximadamente 19.100 empresas formales. De acuerdo al MITINCI, 369 empresas participaron en la ENC, reportando 1.147 calderas (5.610 MW en capacidad) en total. Esto incluye empresas de las Secciones D, H, N,O, según se muestra en la Tabla siguiente:



CALDERAS

De la Tabla se desprende que las empresas manufactureras y pesqueras contabilizaron 335 empresas (90,8% del total), 1.020 calderas (88,8% del total) y el 97,2% de la potencia en calderas.

Considerando solamente las empresas manufactureras, Sección D (Divisiones 15 a 37), que están bajo la jurisdicción del MITINCI, la ENC reporta 269 empresas y 649 calderas, contabilizando 2825 MW en potencia de calderas (50,4% del total).

EVALUACION

En el Perú existen diversos proveedores de calderas de diferentes marcas, tipos, potencias, presiones, combustibles; tanto de fabricación nacional como extranjera, principalmente de Colombia y Estados Unidos, en menor medida de países europeos.

También existen proveedores de equipos para calderas, sistemas de control automático, equipos de recuperación de calor, componentes de los sistemas de combustible, así como repuestos diversos.Las calderas que suministran los proveedores por lo general están provistas con equipamiento estándar en lo referente a eficiencia energética.

Por ejemplo, tienen controles mecánicos de exceso de aire en lugar de controles electrónicos con corrección por oxígeno, llevan válvulas manuales para la purga en lugar de controles automáticos de purga en base a la conductividad del agua de caldera; así tampoco tienen economizadores para recuperación de calor, y los quemadores son de tipo convencional (no son de tipo Low NOx), entre otros.

Los equipos adicionales para uso eficiente de energía normalmente se adquieren opcionalmente a un mayor costo, por lo que los usuarios no los consideran, aunque en muchos casos resultaría rentable la inversión adicional que se pagaría con los ahorros de energía.Los costos referenciales de las calderas estándar son del orden de US$ 20.900 a 174.900 para potencias de 50 a 1000 BHP (490 a 9.808 kW), como se observa en la Tabla 6-1. Ello no considera el costo por el montaje de la caldera que podría significar un 3 a 5% del costo de la misma.



CALDERAS

Cabe señalar que en el Perú la mayoría de fabricantes de calderas de vapor (no más de 10 empresas) sólo fabrican calderas hasta potencias de 800 BHP, habiendo solo una empresa que fabrica hasta 5000 BHP. En el caso de los proveedores de calderas de fabricación extranjera, éstos pueden suministrar unidades de potencias mayores a 5000 BHP.Según los fabricantes, la vida útil esperada de una caldera es de unos 30 años o más según el grado de mantenimiento y condiciones de operación a la que haya estado sometida. Según la ENC, en el Perú hay un 24% de calderas con más de 30 años de antigüedad, habiendo incluso un 3% de calderas con más de 50 años de antigüedad.Una de las razones por las que en el Perú se tiene calderas muy antiguas es que en muchas empresas no se tiene los recursos económicos necesarios para adquirir una nueva unidad (crisis económica, recesión, otras prioridades, etc.), por lo que se prefiere renovar por partes una caldera (por ejemplo cambiando todos o parte de los tubos, el casco, el quemador, etc.), con lo que los gastos se fraccionan y permite seguir trabajando a la caldera sin parar la producción; aunque ello signifique a la larga un mayor gasto en comparación con una caldera nueva.De acuerdo a la experiencia, y desde el punto de vista de la eficiencia energética, una caldera antigua puede tener una eficiencia similar a una caldera nueva siempre y cuando tenga un buen mantenimiento y se opere adecuadamente. Lamentablemente, éste no es el caso de la mayoría de las calderas antiguas en el Perú, que al igual que muchas calderas nuevas o de mediana antigüedad no tienen un mantenimiento óptimo ni se trabajan en condiciones de máxima eficiencia. Asimismo, muchas calderas antiguas tienen que trabajar en condiciones de baja exigencia (bajo factor de carga) por tener debilitada su estructura (tubos, casco, etc.), significando ello trabajar a una menor eficiencia.Para fines del estudio se asume que las calderas de la ENC con una antigüedad mayor a 30 años son potencialmente renovables, es decir son factibles de reemplazar por otra unidad totalmente nueva.



CALDERAS

Emisiones a la atmosfera

A continuación se presenta la estimación de las emisiones del gas de efecto invernadero CO2, de gases contaminantes (NOx, SO2 y CO) y de material particulado de las calderas industriales en el Perú. La base principal de la estimación es la Encuesta Nacional de Calderas (ENC) realizada por el MITINCI en el año 2000, en la cual se registraron 1.147 calderas en el país, con una potencia acumulada de 5.600 MW (MITINCI 2000).

Características

Las emisiones a la atmósfera procedentes de las calderas son el resultado de la combustión de diversos combustibles. Los combustibles más utilizados son el Petróleo Residual 500 (PR500) y el Petróleo Residual 6 (PR6), quemados generalmente en calderas con capacidades mayores a 1 MW (100 BHP) aproximadamente. Para el resto de calderas, mayormente, se utiliza el Petróleo Diesel 2 (PD2) y en algunos casos el Gas Licuado de Petróleo (GLP). También se utiliza el bagazo de caña de azúcar en las plantas azucareras.

Las emisiones de las calderas son liberadas a través de chimeneas directamente a la atmósfera, habiendo pocas calderas que cuentan con ciclones para retener el hollín



CALDERAS

(partículas); mientras que la gran mayoría no cuenta con ningún equipo para remover partículas ni gases contaminantes.Los productos de la combustión son el CO2, H2O, CO, NOX, SO2, CH4, N2O, partículas así como O2 y N2 del exceso de aire. De éstos gases el CO2 es el único gas de efecto invernadero (GEI) importante. Los otros GEI, como el CH4 y N2O, no son significativos en las emisiones de calderas, conforme se sustenta en el apartado 7.3 de este estudio.Los gases contaminantes son el CO, NOX y SO2. La presencia de CO depende principalmente de la preparación del combustible (petróleos residuales), del proceso de combustión (exceso de aire, grado de mezcla aire-combustible), estado de mantenimiento de los componentes del sistema de combustión, de los arranques y paradas debido a las necesidades de demanda de vapor. El SO2 está presente en los productos de la combustión de combustibles que contienen azufre, el cual se oxida en presencia del oxígeno del aire de combustión. El contenido de azufre crece del PD2 al PR500. El GLP casi no tiene azufre.Los NOX provienen tanto de la oxidación del nitrógeno del aire como del poco nitrógeno contenido en el combustible, por efecto de la alta temperatura existente en la llama de la combustión.La presencia de partículas en los gases de combustión se debe básicamente a las mismas razones que la existencia del CO.

EMISIONES DE CO2

La cantidad de emisión de CO2 en las calderas depende de la cantidad y tipo de combustible consumido y del grado en que se completa el proceso de combustión (conversión del Carbono del combustible en CO2). El consumo de combustible depende, a su vez, principalmente de la demanda de vapor y la eficiencia de la caldera.

En lo que sigue se hace un estimado de las emisiones de CO2 en las calderas industriales del Perú, mediante el desarrollo de los siguientes pasos:

1. Estimado del consumo anual de combustible.

2. Aplicación de los factores de emisión con oxidación completa del carbono.

3. Estimado del grado de oxidación incompleta.

4. Calculo de las emisiones de GEI.

La cantidad de las emisiones anuales de CO2 se calcula para cada tipo de combustible con el consumo de combustible, el factor de emisión y la fracción oxidada del carbono del combustible en el proceso de combustión, de la siguiente manera:



CALDERAS

EmCO2 = C × EF CO2 × f

Donde

EmCO2: Emisiones anuales de CO2 (kg)

C: Consumo anual de combustible (TJ)

EFCO2: Factor de emisión de CO2 con oxidación completa (kg/TJ)

f: Fracción oxidada del carbono del combustible en CO2 en el proceso de

combustión

EMISIONES DE SO2, NOX Y CO

Las emisiones de SO2, NOX y CO también dependen de la cantidad y tipo de combustible consumido. Las emisiones de CO dependen también del grado en que se completa el proceso de combustión. Las emisiones de SO2 no dependen del tamaño de la caldera ni diseño del quemador. Las emisiones de NOX dependen también del tipo de caldera y del quemador usado.

Para la estimación de las emisiones de SO2, NOX y CO se sigue un desarrollo similar, que consta de los siguientes pasos:

1. Estimado del consumo anual de combustible.

2. Estimación y aplicación de los factores de emisión ya sea de SO2, NOX ó CO.

3. Calculo de las emisiones respectivas.

La cantidad de las emisiones anuales de dichos gases se calcula de la siguiente manera:

Emgas = C × EFgas

Donde

Emgas: Emisiones anuales del gas; SO2, NOx ó CO (kg)

C: Consumo anual de combustible (TJ)

EFGas: Factor de emisión del gas ; SO2, NOx ó CO (kg/TJ)

EFICIENCIA ENERGETICA



CALDERAS

La eficiencia energética de una caldera se define como la relación entre la cantidad de energía proveniente del combustible que es absorbida por el agua y la energía total liberada por el combustible entregado a la caldera.

Q salida / Q entrada = Eficiencia

La eficiencia energética es un factor clave en la operación de una caldera; pues influye directamente en el consumo de combustible y en el nivel de emisiones de CO2 que generan durante su funcionamiento. Una caldera que trabaja con una eficiencia energética menor a la máxima posible, consumirá más combustible para generar la misma cantidad de vapor y por tanto emitirá un mayor volumen de gases de combustión.

La mayor parte de las empresas desconoce la eficiencia energética con que operan sus calderas por falta de información y/o capacitación y/o asesoría. Muchos operadores de calderas tienen formación empírica, por lo que no hay en estos casos una operación eficiente de las calderas. Posiblemente las calderas cuya eficiencia energética no fue reportada sean las más ineficientes por falta de control de este parámetro.

Se ha

determinado asimismo que no sólo la eficiencia energética de las calderas disminuye con la antigüedad; sino también que los costos de operación y mantenimiento aumentan con la antigüedad de la caldera (mayor frecuencia y magnitud de reparaciones).



CALDERAS

MONITOREO DE EMISIONES ATMOSFERICAS

En el proceso de monitoreo las reducciones de emisiones de gases de efecto invernadero alcanzadas son medidas y calculadas. De acuerdo con las modalidades y procedimientos para el MDL, los participantes del proyecto deberán elaborar un plan de monitoreo que abarque la recolección y archivo de toda la información relevante para determinar las emisiones dentro y fuera de los límites del proyecto, así como las emisiones de línea de base.

1. Parametros que deben monitoriarse

SO2 , NOX CO Temperatura de gases Particulas solidasHidrocarburos totales

2. Frecuencia de muestreoSe llevara a cabo con un minimo de 3 veces

3. Selección de puntos de muestreo4. Numero y ubicación de puntos de muestreo:dependera de las caraccteristicas

de la chimenea.

NORMAS SOBRE CONTAMINACIÓN DEL AIRE

Las normas de emisión al aire establecen, los límites máximos de contaminantes en las emisiones provenientes de una fuente móvil o fija. Estas normas definen las condiciones en las cuales se permite que una determinada actividad emita gases, material particulado y otros contaminantes al aire. En el Perú, las normas de emisión se dictan según el tipo de actividad que corresponda. Así, por ejemplo, existen normas para emisiones gaseosas exclusivamente aplicables a la actividad minero-metalúrgica, a la industria del papel, a la de generación eléctrica, etc. En otras latitudes, las normas de emisión pueden ser aún más específicas, llegándose a establecer límites de emisión específicos para cada instalación individual.

En el Perú, la calidad del aire se regula mediante los estándares de calidad ambiental (ECA), y las emisiones, mediante los límites máximos permibles (LMP).

La Ley General del Ambiente – LGA (Ley Nº 28611) define los ECA y los LMP en sus artículos 31º y 32º de la siguiente manera:



CALDERAS

32.1 El Límite Máximo Permisible - LMP, es la medida de la concentración o del grado de elementos, sustancias o parámetros físicos, químicos y biológicos, que caracterizan a un efluente o una emisión, que al ser excedida causa o puede causar daños a la salud, al bienestar humano y al ambiente. Su cumplimiento es exigible legalmente por la respectiva autoridad competente. Según el parámetro en particular a que se refiera, la concentración o grado podrá ser expresada en máximos, mínimos o rangos.

Mediante el Decreto Supremo Nº 074-2001-PCM se aprobó el Reglamento de Estándares Nacionales de Calidad Ambiental del Aire, el cual establece los ECA de aire y las disposiciones relativas a su administración.

El artículo 3º de esta norma define como contaminante del aire a aquella sustancia o elemento que en determinados niveles de concentración genera riesgos a la salud y bienestar humanos. El mismo artículo define los ECA del aire como aquellos que consideran los niveles de concentración máxima de contaminantes del aire que en su condición de cuerpo receptor es recomendable no exceder para evitar riesgo a la salud humana. A estos estándares se les denomina “estándares primarios” ya que se establecen fundamentalmente para la protección de la salud.



CALDERAS

Los estándares primarios de calidad del aire consideran los niveles de concentración máxima de los siguientes contaminantes del aire: dióxido de azufre (SO2), material particulado con diámetro menor o igual a 10 micrómetros (PM-10), monóxido de carbono (CO), dióxido de nitrógeno (NO2), ozono (O3), plomo (Pb) y sulfuro de hidrógeno (H2S). Como se puede observar, los estándares primarios están referidos al control de los contaminantes referenciales.



CALDERAS

En la tabla anterior se aprecia que la principal fuente de CO2 y otros gases emitidos por las calderas industriales son, una vez más, los combustibles de petróleo (Residuales y Diesel), que corresponden al 83% del total de emisiones de CO2.De acuerdo con el Balance Nacional de Energía en el Perú publicado por el Ministerio de Energía y Minas del Perú – 2001, las emisiones totales de CO2 generadas en el sector productivo (Industria, Minería/metalurgia, Agropecuaria/ agroindustria y Pesquería) ascendieron a 8.273.000 toneladas aproximadamente. Ello significa que la emisión de CO2 de las calderas industriales en el mismo año (4.057.445 toneladas) representa cerca del 50% de las emisiones del sector productivo.

OPCIONES PARA MEJORAR LA EFICIENCIA ENERGÉTICA

Existen diferentes medidas para incrementar y mantener la eficiencia energética de una caldera en niveles óptimos, que permiten lograr ahorros, reducir costos operativos y las emisiones de gases al ambiente.

Existen medidas que son parte del mantenimiento preventivo y la operación normal de las calderas (lo que se denomina “buenas prácticas de gestión o good housekeeping”),



CALDERAS

y el costo de su implementación es parte del costo operativo de las calderas; asimismo, si no se implementan o se hacen deficientemente ocurre que las calderas trabajan con eficiencias bajas o simplemente no pueden trabajar ya sea por mal funcionamiento de algún componente o por cuestiones de seguridad (riesgos).

Existen otras medidas que constituyen opciones de mejora de eficiencia de las calderas que normalmente no vienen incorporadas en las unidades cuando se adquieren, dado que requieren una mayor inversión, que resulta muchas veces justificable, aunque ello no se analiza por lo común al momento de adquirirse una caldera.

MEDIDAS DE BUENAS PRÁCTICAS DE GESTIÓN (GOOD HOUSEKEEPING)

A continuación se hace una breve descripción de las medidas que son parte del mantenimiento y operación normal en las calderas, algunas de las cuales no implican ninguna inversión.

1. Ajustar el exceso de aire. Consiste en ajustar el flujo de aire en el quemador hasta conseguir un nivel de oxígeno de 3,5 a 4% en el gas de chimenea, sin que se produzcan demasiado inquemados (monóxido de carbono, hollín) en los productos de combustión.

El ajuste se realiza en todo el rango de modulación del quemador posicionando el mecanismo de regulación aire-combustible del quemador (varillas y leva) que lleva toda caldera, observando la apariencia de los humos, es decir la presencia de hollín (ajuste grueso) ó mediante análisis de gases de chimenea (ajuste fino) que da mejores resultados. El ajuste lo realiza usualmente un tercero que cuenta con analizador de gases portátil y experiencia en la metodología de ajuste de combustión.

Pocas empresas cuentan con analizadores de gases y personal entrenado en realizar ajustes con dicho analizador.

2. Ajustar temperatura y presión de inyección del combustible al quemador. Consiste en trabajar con los parámetros de operación óptimos indicados por el manual de la caldera, ajustados en campo según la calidad del combustible. Ello ayuda a una combustión eficiente.

3. Ajustar el tiro (presión dentro del hogar). Se consigue posicionando el damper de la chimenea hasta conseguir una presión que permita una buena combustión y llama de forma adecuada.

4. Operar la caldera a factores de carga entre 60 y 70%. En este rango la caldera trabaja a su máxima eficiencia. Esta mejora se puede conseguir operando el quemador de la caldera en posición "manual", lo cual se puede aplicar en aquellas calderas de



CALDERAS

plantas con procesos estables. La implementación de esta medida depende de las características de la demanda de vapor en la empresa (si es estable o fluctuante) y de la capacidad de la caldera (en las calderas pequeñas cuyos quemadores no son modulantes no es posible aplicar esta medida).

5. Reducir la presión de vapor al mínimo posible. Consiste en ajustar el límite máximo de presión de trabajo en el presóstato de la caldera, que permita tener un vapor a la temperatura y presión conveniente en los usuarios, sin necesidad de generarlo a demasiada presión consumiendo mayor energía.

6. Mantener en buen estado componentes del sistema de combustión. Consiste en realizar un mantenimiento preventivo adecuado a la bomba, calentador de combustible (caso de residuales), válvula moduladora, leva, quemador (especialmente la boquilla de atomización), cono refractario, difusor, etc. El buen funcionamiento de estos componentes asegura una buena combustión con bajos niveles de exceso de aire y

una alta eficiencia de la caldera.

7. Mantener en buen estado la instrumentación y controles. Consiste en tener operativos los manómetros, termómetros, reguladores de presión y flujo de combustible para garantizar una buena combustión en el quemador.

8. Mantener en buen estado los refractarios y aislamiento, para evitar las pérdidas de calor por paredes.

9. Limpiar tubos en el lado de los gases y agua. Consiste en deshollinar los tubos en el lado de los gases o eliminar depósitos de sales en el lado del agua. Ello permite mejorar la transmisión de calor gases-agua e incrementar la eficiencia de las calderas.

10. Cambiar tubos cuando sea necesario. Consiste en cambiar los tubos deteriorados que usualmente se les cierra para que no pase el agua, reduciendo el área de transmisión de calor y la eficiencia de la caldera.

De acuerdo a la experiencia en Perú, se ha visto que las 7 primeras medidas no son tomadas en cuenta en forma adecuada por todos los usuarios de calderas, por lo que muchas unidades, aún siendo nuevas o medianamente nuevas, muestran eficiencias bajas. La deficiencia más común en las calderas es la falta de mantenimiento adecuado de los componentes del sistema de combustión (especialmente el quemador y controles), lo que obliga a los operadores a usar más exceso de aire del normal para evitar tener demasiado hollín en chimenea, reduciendo así la eficiencia de la caldera.



CALDERAS



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TABLAS



CALDERAS

Emisividad del gas

Factor de intercambio



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BIBLIOGRAFIA

CENERGIA 2001. Evaluación ambiental y energética de 40 calderas en 5 departamentos. Informe final para el Ministerio de Industria, Turismo, Integración y Negociaciones Comerciales Internacionales (MITINCI). San Borja, Agosto del 2001.

MITINCI 2000. Encuesta Nacional de Calderas. Lima, Perú. Ministerio de Energía y Minas (MEM) 2010 MITINCI 2000. Estudio de factibilidad para la creación de un fondo de

financiamiento para la renovación y optimización del parque nacional de calderas industriales. Encuesta Nacional de Calderas Industriales. Informe de los datos proporcionados por las empresas usuarias de calderas. Lima, Perú, Octubre 2000.

http://aire-contaminacion.blogspot.com


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