Clase introductoria

Calderas

Objetivos

• Conocer e identificar los diferentes tipos de calderas

• Identificar los componentes y accesorios de una caldera

• Conocer los principios de operación de las calderas

CALDERAS

• Definicion:

• Según ASME, quien proporciona el código de fabricación de las calderas, denominado (Boiler and pressure vessel code (BPVC))

• “Caldera es un recipiente donde es calentado un liquido o se genera vapor bajo presion por medio de la aplicación de calor de productos de combustion u otra fuente”

Caldera según definicion española UNE 9-0001

• Caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, a través de un medio de transporte en fase liquida o vapor

• Vessel :• Es el nombre del recipiente cerrado que se

encuentra a presión.

• 1era clasificación

• Calderas de baja presión• Calderas de alta presión

Caldera de baja presión

• Según el código ASME mencionado anteriormente; en la SECCION IV del BPVC:

• Se define como una caldera de vapor que opera a a una presión no mayor que 15 psig o una caldera de agua caliente que opera con una temperatura de agua no mayor que 250 ºF o una presión no mayor que 160 psig

Caldera de alta presión

• Según el código BPVC del ASME

• Es una caldera de vapor que opera a una presión mayor que 15 psig o una caldera de agua caliente que opera a una temperatura del agua mayor que 250 ºF o una presión mayor que 160 psig

Calderas según disposición de los fluidos

• Se pueden clasificar en:• Aquatubulares: Son aquellas calderas en las que el

fluido de trabajo se desplaza por el interior de los tubos durante su calentamiento y los gases de combustión circulan por el exterior de los mismos

• Pirotubulares: Son aquellas calderas en las que los gases de combustión circulan por el interior de los tubos y el liquido se encuentra en un recipiente atravesado por dichos tubos.

Calderas acuatubulares

• En este tipo de calderas es el agua o fluido térmico que se pretende calentar, es la que circula por el interior de los tubos que conforman la cámara de combustión y que están inmersos entre los gases o llamas producidas por la combustión. El vapor o agua caliente se genera dentro de estos tubos.

• Existe dos tipos de agrupaciones de tubos, de subida y de bajada que se comunican entre si en dos domos. Debido a que el agua en el interior de los tubos de subida pesa menos por estar mas caliente

que la que esta el interior de los tubos de bajada, se establece una circulación del fluido en sentido ascendente

Caldera acuotubular

• En este tipo de caldera el humo caliente procedente del hogar circular por el interior de los tubos de gases, cambiando de sentido en su trayectoria, hasta salir por la chimenea.

• El calor liberado en el proceso de combustión es transferido a través de las paredes de los tubos al agua que los rodea quedando todo el conjunto encerrado dentro de una envolvente o carcasa convenientemente aislada.

• A través de este recorrido, el humo, ceden gran parte de su calor al agua, vaporizándose parte de esta agua y acumulándose en la parte superior del cuerpo en forma de vapor saturado. Esta vaporización parcial del agua es la que provoca el aumento de la presión

• del interior del recipiente y su visualización en el manómetro

Calderas pirotubulares

Caldera pirotubular

Diferencias entre calderas aquatubulares y pirotubulares

• Con respecto a la capacidad térmica el tamaño para las calderas pirotubulares requieren menos espacio que las calderas acuotubulares para similares capacidades.

• El mantenimiento puede llevarse a cabo de una forma más sencilla en las calderas pirotubulares que en las acuotubulares. Esto se debe en gran parte a unos esfuerzos son menores durante la puesta en marcha y durante el paro, así como al fácil acceso a las superficies de calefacción

• las revisiones periódicas para las calderas pirotubulares se ha comprobado la viabilidad de un sistema muy sencillo, claro y económico; es decir, una inspección ocular de los principales componentes de la caldera, seguida de una prueba hidrostática bajo presiones de prueba incrementadas Esto permite evitar casi totalmente las revisiones de carácter no destructivo tales como las mediciones con ultrasonidos.

• En las calderas acuotubulares, no se han podido aplicar las pruebas hidrostáticas con presiones de prueba incrementadas. Por otra parte, varias zonas de una típica caldera acuotubular son inaccesibles a la inspección ocular (zonas aisladas). Por lo tanto, es necesario hacer un uso muy amplio de las mediciones con ultrasonidos.

• En relación con la capacidad térmica generada, la caldera pirotubular contiene mucha más agua que la caldera acuotubular. Por lo tanto, la caldera pirotubular es más resistente ante las fluctuaciones de vapor o demandas de vapor que excedan temporalmente la producción nominal de la caldera.

• Normalmente, las gamas de aplicación de las calderas pirotubulares y las calderas acuotubulares están claramente definidas.

• Es sencillamente imposible utilizar una caldera pirotubular para generar 1000 t/h de vapor a 180 bar y 450 ºC. Hasta una producción de aproximadamente 200 t/h, 30 bar y 300 ºC,la mejor elección es, generalmente, el uso de una o más calderas pirotubulares, debido a que son más económicas en su adquisición y mantenimiento.

Calderas según la condición del fluido

• Calderas de agua caliente:

• Son aquellas en que el agua esta una temperatura menor a 95 ºC y se utilizan como agua caliente sanitaria (A.C.S) a presiones menores a 2 Bar.

• Calderas de vapor

• Calderas de agua sobrecalentada

• Calderas de agua sobrecalentada: El agua se calienta hasta temperaturas que pueden alcanzar los 200° C. En estos casos se supera la temperatura de ebullición del agua a presión atmosférica

• Es necesario presurizar el sistema para evitar que se forme vapor de agua o que el agua entre en ebullición dentro del sistema. Esto se hace trabajando con presiones de hasta 20 bar. Ello produce que la fugas en el circuito sean muy peligrosas. Se utilizan para calentamiento de grandes espacios o aguas de procesos industriales.

• Calderas de vapor: Estas calderas operan con el vapor de agua como fluido térmico, con temperaturas entre 200° C y 400° C, operando a presiones de hasta 14 bar. Se utiliza para la calefacción industrial, de locales comerciales y

de viviendas

• Calderas de fluido térmico: se denominan genéricamente así a las calderas que utilizan un fluido diferente al agua

• Toda caldera debe disponer de una superficie total de absorción de calor capaz de trasmitir la máxima cantidad de calor suministrada por el combustible el fluido calor portante con el máximo rendimiento y el menor coste posible

Partes relevantes de una caldera• Cámara de combustión u Hogar:

habitáculo en el que se realiza la reacción de combustión.

a) Según su ubicación.

• Hogar exterior • Hogar interior

b) Según tipo de combustible.

• Hogar para combustible sólido • Hogar para combustible liquido • Hogar para combustible gaseoso

• Quemador: dispositivo que se encarga de realizar la mezcla del combustible con el aire para producir la combustión

• Intercambiador de calor: Dispositivo donde se realiza la transferencia de energía térmica obtenida con la combustión al fluido térmico

• Salida de humos: conducto que conduce los gases generados en la combustión hasta la chimenea.

Otras partes relevantes

Economizador – precalentador : Es un equipo que, por transferencia de calor de los gases de combustión (calor sensible), aumenta la temperatura del agua de suministro a la caldera

Economizador

• Sobrecalentador

Es básicamente un intercambiador de calor gases-vapor, diseñado teniendo en cuenta las particularidades de su trabajo con gases de combustión. El objetivo es conseguir un vapor a alta temperatura que no sufra problemas de condensación en su camino desde la caldera hasta el proceso.

Y existen otras muchas partes en una caldera …

• Válvulas (de paso, retención, seguridad, descarga rápida)

• Indicadores de nivel, controles de nivel

• Bombas de agua de alimentación

• Sensores de presión y de temperatura

Potencia en kW

• Algunos fabricantes darán la potencia de la caldera en kW. Para establecer el caudal evaporado, es necesario saber el calor que

contiene el agua de alimentación y la entalpía total del vapor producido para establecer cuánta energía se agregará a cada kg de agua

Eficiencia de la caldera• Las calderas y los quemadores deben diseñarse para un funcionamiento eficaz, y deben estar correctamente dimensionados.

• Una caldera que tiene que cubrir con una carga puntual superior al rango máximo trabajará con una eficacia reducida. La presión puede caer produciendo arrastres que harán que la caldera sea incapaz de proporcionar el vapor de buena calidad que se precisa

• Presión de diseño: Es la máxima presión de trabajo a la temperatura de diseño. Se utiliza para el calculo de las partes a presión de la caldera.

• Presión máxima de servicio: Es la presión limite a la que quedara sometida la caldera una vez conectada a la instalación