Centrales a VaporFacilitadores: Prof. Juan Jose Gonzalez, Msc. Ing.Prof: Rosi Rosendo, Msc, Ing.HornosEs la cmara donde se efecta lacombustin. Esta cmara regula y confinala combustin de los productos y es capazderesistir lasaltastemperaturasquesepresentan y la presin que se utiliza. Susdimensiones y geometra estn adaptadasalavelocidaddegeneracindeenergatrmica, altipo de combustible utilizado yal mtododecombustin; detal maneraque promuevan una combustin completayproporcionenunmedioparaeliminarlacenizaTipos de HornosQuemadoresEl propsito principal de unquemador esmezclar ydirigir elflujo de combustibley aire detalmanera que se asegure elencendido rpido y la combustincompleta.Clasificacin de los QuemadoresPor tipo de combustiblePara LiquidoPara GasesPara SlidosMixtos o DualesClasificacin de los QuemadoresQuemadores para combustible liquidoPara quemar combustible lquido se requiere atomizarlo (llevarlo afase vapor), esto se consigue a travs de diferentes mtodos: Atomizacin por medio de la presin del combustible Atomizacin con aire o vaporClasificacin de los QuemadoresQuemadores para combustible liquidoArreglos de boquillas para atomizacin por compresin.Atomizacin por medio de la presin del combustibleClasificacin de los QuemadoresQuemadores para combustible liquidoAtomizacin con aire o vapor:Un chorro a presin de combustible incide sobre un chorro a presin deaireovapor, loqueprovocaqueel lquidoserompaenpartculasdiminutasEste tipo de atomizado puede consumir de un 1 a 1.5%de laproduccindevapor delaplanta. Senecesitauncompresor paragenerar el chorrodeaireapresin. Tienenunrangodeoperacinsatisfactorio entre 20 y 100% de carga y un rango de presiones entre100 y 300 psi.Clasificacin de los QuemadoresQuemadores para combustible gaseosoBaja Presin < 5 psi, Ejemplo: De doble aspiracin Con gobernador de aspiracinAlta Presin Entre 5 y 30 Psi , Ejemplo: De anillos de gas con mltiples orificios De anillos de gas con mltiples inyectores Tipo turbinaClasificacin de los QuemadoresQuemadores para combustible slido (Quemadores a carbn)Una parte del aire (15 al 25%), llamada aire primario, se mezcla inicialmentecon elcombustible y acta como medio de transporte delcombustible. Laporcin restante, o aire secundario, se introduce a los quemadores fuera delaslumbrerasdel aireprimario. Esteairevienedelacajadevientoparaparticipar en la combustin.Clasificacin de los QuemadoresQuemadores para combustible slido (Quemadores a carbn)Clasificacin de los QuemadoresQuemadores para combustible slido (Quemadores a carbn)Las unidades a carbn siempre utilizan dos tipos de combustible:el carbn y uno ms liviano. Normalmente se inicia la combustin conuncombustiblefcil dequemar, liquidoogas, yluegosepasaalcarbn debido a que su temperatura de ignicin es ms alta.El principal inconvenientedel carbnpulverizadoes lacenizavoladora.Clasificacin de los QuemadoresPor la ubicacin y disposicin dentro del hornoHorizontalesTangencialesVerticalesFrontalesCiclnicosClasificacin de los QuemadoresPor la ubicacin y disposicin dentro del hornoQuemadores HorizontalesEn estos sistemas, el aire y elcombustible son premezclados conayuda de unas paletas giratorias queimparten un movimiento rotacional alaire proveniente de la caja de vientoClasificacin de los QuemadoresPor la ubicacin y disposicin dentro del hornoQuemadores TangencialesLos quemadores tangencialespueden ser inclinables y moverse haciaarriba o hacia abajo con el fin decambiar el patrndetransferenciadecalor a travs de las paredes y controlarlatemperaturadesalidadelosgasesdel horno.Clasificacin de los QuemadoresPor la ubicacin y disposicin dentro del hornoQuemadores VerticalesSe emplea para quemar combustibleslido con muy bajo contenido de voltiles(inferior al 1.3%). Requieren quemar algncombustible suplementario durante elarranque, o mayor cantidad decombustible que en los sistemashorizontales.Clasificacin de los QuemadoresPor la ubicacin y disposicin dentro del hornoQuemadores CiclnicosFueron diseados para minimizar laerosin producida por la cenizavoladoralacual esunproblemaparael sistema de tiro; y adems un severoproblema de contaminacin anusando precipitadores.Clasificacin de los QuemadoresQuemadores de bajo NOxClasificacin de los QuemadoresQuemadores de Lecho FluidizadoSesuministra airepor debajo paraquemar el carbn, dondesecomporta casi como un lechofluido. Conesto se conseguimosunamezcla de substancias muy heterognea, ideal para aadir losaditivos que nos ayudan a controlar a los contaminantes. Con el lechofluido hay una conveccin, los trozos van rotando, hay mejortransmisin de carbn, Se consigue quemar a una temperatura msbaja (menos contaminantes).Precalentadores de aireLaenergaqueselepuedequitar alosgases calientes de los productos de lacombustinestlimitadapor el puntoderoco; noesapropiadoenfriar losgasespor debajo de este punto, ya que el vaporpuede mezclarse con compuestos deazufre y formar vapores cidos quepueden condensarse sobre la superficie delos tubos provocando corrosin.Clasificacinde los Precalentadores de AireRecuperativosRegenerativosClasificacinde los Precalentadores de AireRecuperativosEn este tipo de precalentadores el calor es transferidocontinuamente a travs de una superficie de transferencia de calorestacionaria; la cual separa la corriente de flujo caliente de lacorriente de flujo fro. Las superficies de transferencia de calor mscomunes son tubos y placas paralelas. Estos precalentadoresproporcionan poca contaminacin por la mezcla entre las corrientesutilizadas.Clasificacinde los Precalentadores de AireRecuperativosTubularesAerotubulares: en los cuales el aire circula por el interior de la tubera, y se clasifican segn el nmero de pasos de aire y de gasPirotubulares, aqulos gases calientes circulan por el interior de la tubera y tambin se clasifican por el nmero de pasos de aire y de gasPlacasParalelasEn este tipo de precalentador el calor se transfiere a travs de una placa, la cual separa los fluidos que circulan uno a cada lado de la placa Clasificacinde los Precalentadores de AireTubularesClasificacinde los Precalentadores de AireDe Placas ParalelasClasificacinde los Precalentadores de AireRegenerativosEn este tipo de equipos el calor es transferido indirectamenteamedidaqueunmediodealmacenamientodecalor esalternativamente expuesto a corrientes fras y calientes. Se leproporciona la energa trmica a un cuerpo intermedio paraelevarle su nivel, y ste finalmente cede el calor a la masa delfluido que realmente se desea calentar.Clasificacinde los Precalentadores de AireRegenerativosModelo LjungstromClasificacinde los Precalentadores de AireRegenerativosModelo RothemuleSoplador de HollnEsundispositivoautomatizadoqueutilizavapor, airecomprimidooagua a alta presin para remover las cenizas depositadas en lassuperficiesdelostubos(horno, precalentador deaire, economizador,sobrecalentador, etc.).Soplador de HollnSistema de TiroEsel conjuntodeequiposyelementosqueseutilizanenelgenerador devapor paraintroducir el airenecesarioparalacombustin y extraer los productos de combustin,mantenindoseuncaudal yvelocidadapropiadadel flujodegases, que permita el intercambio de calor apropiado.Clasificacin del Sistema de TiroTiro Natural: cuando no se utiliza ningndispositivo mecnico.Tiro Mecnico: cuando se utilizan ventiladores ySe clasifica en dos grandes grupos: Relacin aproximada entretemperatura de salida ydimensiones de la chimenea.Para introducir el aire o extraer losproductos de combustin, la fuerza motrizseestablecepor ladiferenciadepesosentre la columna de gases en la chimeneayunacolumnadealturaequivalentedeaire en condiciones atmosfricas,mediante un proceso semejante al decirculacin natural en las calderasEl tiroqueproducelachimeneao"efectochimenea"tambindependedelaalturadesta, amayoralturamayor efecto.Efecto Chimenea||.|

\| =g aST Th B D1 1256 . 0Donde:DS: Efecto chimenea, en pulgadas. Puede ser positivo o negativo dependiendo de la direccin del flujo en el pasaje vertical.B: Presin baromtrica en el sitio, en plg Hg.Ta: Temperatura absoluta del aire ambiental.Tg: Temperatura absoluta promedio de los gases en el pasaje.h: Altura de la chimenea medida sobre la lnea central de la entrada de los gases.Esposibledeterminar unodelossiguientescuatro parmetros, conocidos tres de ellos.Efecto ChimeneaTemperatura de entrada de losgases a la chimenea.Temperatura de salida de los gasesa la chimenea. Dimetro de la chimenea. Altura de la chimenea.Clasificacin del Sistema de TiroTiro NaturalLa tasa delflujo de aire en un sistema de tiro naturalpuede elevarseaumentando la temperatura de los gases de escape y/o incrementando laaltura de la chimenea. El incremento de la temperatura de los gases tiene elinconveniente de incrementar las prdidas de calor delsistema lo cualesindeseable. El incremento de altura de la chimenea est limitado porrazones econmicas.Clasificacin del Sistema de TiroTiro MecnicoTiro InducidoTiro ForzadoTiro BalancedoClasificacin del Sistema de TiroTiro Mecnico InducidoEstesistemaconsisteencolocarunventiladorparaextraerlosgases del generador de vapor y enviarlos a la chimenea, manejaproductos calientes y cargados de cenizas. A lo largo de todo elrecorrido interno, la presin de operacin est por debajo de lapresin atmosfrica, lo que contribuye a que se produzcaninfiltraciones de aire fro. La capacidad se incrementa conrespecto al tiro natural.Clasificacin del Sistema de TiroTiro Mecnico ForzadoConsiste en un ventilador que se usa para introducir aire limpio y fro a lacmaradecombustin, porloqueel hornoquedapresurizado(presinpositiva), ycomoconsecuencialosproblemasdeinfiltracindeairesereducen y resulta mucho ms fcil corregir una fuga que una infiltracin. Elventilador utilizado es ms pequeo que el de tipo inducido para manejarla misma masa. Esto es, porque una cantidad de masa que se encuentraatemperaturaambienteocupamenosvolumenques estuvieraaunatemperatura elevada, lo que conlleva a que se necesite menos potencia.Clasificacin del Sistema de TiroTiro Mecnico Forzado Menor inversin en la caldera. Menor consumo de auxiliares. Controles de combustin ms simples. Mejor control de las condiciones de operaciones. Mejor comportamiento.Ventajas del hogar presurizado:Clasificacin del Sistema de TiroTiro Mecnico ForzadoDesventajas del hogar presurizado:Requerimiento de aire comprimido para aspiracin y sellos.Mayor mantenimiento en sellos, sopladores, etc.Mala observacin de las condiciones del hogar.Clasificacin del Sistema de TiroTiro Mecnico BalanceadoTambin se llama tiro equilibrado, este sistema utiliza un ventilador detiroforzadoyunodetiroinducido, conlocual seconsiguequelapresin de entrada al generador de vapor no sea tan alta y la presin dedescargaalachimeneanoseatanbaja, mantenindosestamscercana a la presin atmosfricaSistema de RegulacinSe sabe que la cantidad de aire necesario para la combustin esfuncindelacarga; demodoques senecesitadisminuir lacarga, entonces en necesario disminuir la cantidad decombustible, por consiguiente, de aire. Esto trae comoconsecuencia, que se requiera un sistema de control para regularla entrada de aire de acuerdo a los requerimientos de la carga.Sistema de RegulacinTipos de Sistema de RegulacinDamperAlabes guaVelocidad VariableTipos de Sistema de RegulacinDamperIntroduce resistencia variable en el sistemapara alterar la descarga del ventiladorTipos de Sistema de RegulacinDamperEntre las ventajas de este sistema se pueden mencionar: Bajo costo inicial. Facilidad de operacin y adaptacin a control automtico. Usa el tipo de motor menos costoso. (A.C., velocidad constante). Control continuo efectivo a todo rango de operacin del ventilador.Tipos de Sistema de RegulacinDamperSin embargo, causa prdidas de potencia por elexceso de energa de presin que debe serdisipadapor estrangulamiento. La presindeoperacin del ventilador estrangulando a lasalida, es mayor que cuando se estrangula a laentradaTipos de Sistema de RegulacinAlabes GuaLe confieren al aire un grado de giro variable en la direccin degiro del rotor. De este modo se puede guiar el flujo, originandouna reduccin de las prdidas a carga parcial, permitiendo alventilador producir el cabezal requerido a una potencia menor.Es un sistema de control ms eficiente que elestrangulamiento. Esmsefectivoparacambiosmoderadosde flujos cercanos a carga total.Tipos de Sistema de RegulacinAlabes GuaEstn diseadas para utilizar con aire limpio,proporcionar estabilidad, precisin y mnimahistresis.Sucostoesmayor queel deun damper; peromenor que un arreglo de velocidad variableTipos de Sistema de RegulacinTipos de Sistema de RegulacinVelocidad VariableRepresenta un mayor costo inicial, no siempre sufrago porel ahorro de potencia. En cualquier caso siempre hayprdidas de eficiencia, incluso en los motores,dependiendo del tipo de variador de velocidad utilizado.Balance de Perdidas de un VentiladorDF = DA+ DG+ DV - DS.Donde:DF: Cabezal desarrollado por el ventilador.DA: Prdidas en los ductos de aire.DG: Prdidas en los ductos de gases.DV: Prdidas por energa cintica a la salida de los gases.DS: Efecto de chimenea.Balance de Perdidas de un VentiladorSeccin no circularfDhLA TQBD DG A|.|

\||.|

\| =2210000995 . 1,Donde:B: Presin baromtrica en " Hg.L: Longitud del pasaje en pies.Dh: Dimetro hidrulico en pies.F: Es el factor de friccin (0.02) f 0.065Q: Caudal en CFM.T: Temperatura del ducto en R. Para DA, Tes latemperatura del aire y para DG es la temperatura de losgases de la combustin.A: Seccin transversal del ducto en pies2.fDA, DG: Prdidas en los pasajes de aire o de productos de combustin, respectivamente, en " H2O.Balance de Perdidas de un VentiladorDA, DG: Prdidas en los pasajes de aire o de productos de combustin, respectivamente, en " H2O.Para el caso en el que se conoce el flujo msico (W en lbm/hr), puede utilizarse la siguiente expresin:fDhLA BWTD DG A|.|

\||.|

\| =225107382 . 1,Seccin no circularBalance de Perdidas de un VentiladorDA, DG: Prdidas en los pasajes de aire o de productos de combustin, respectivamente, en " H2O.SeccincircularPara flujo volumtrico:fDLD TQBD DG A|.|

\| |.|

\|=42561 . 01000,Para flujo msico:fDLD BWTD DG A|.|

\| |.|

\|=4253535 . 010,D: Dimetro de la seccin circular.Balance de Perdidas de un VentiladorDA, DG: Prdidas en los pasajes de aire o de productos de combustin, respectivamente, en " H2O.Sise conocenlas prdidasa travs de un haz de tubera a una determinadacarga, Se puede inferir el comportamiento para otra carga con la expresin:DpwwD DNpiG A||.|

\|= ,Donde:p: Subndicequereflejalasituacinconocida(cabezal o flujo msico medido por elfabricante).i: Subndicequereflejalacargadeoperacin(flujo msico de trabajo para el cual se requieredeterminar las prdidas).N: Exponente que vara de 1.8 a 2.Balance de Perdidas de un VentiladorDV: Prdidas por energa cintica en " H2O.Para flujo volumtrico:42561 . 01000D TQBDgV |.|

\|=Para flujo msico:4253535 . 010D BWTDgV |.|

\|=Donde: Tg: Temperatura absoluta de los gases en R.D:Dimetro de la chimenea.Balance de Perdidas de un VentiladorCondiciones de operacin:Los datos suministrados por el fabricante deben ser corregidos a lascondiciones de operacin del equipo, ya que el cabezal vara con la densidad.Balance de Perdidas de un VentiladorCondiciones de operacin:||.|

\|=o ff of oT PT PD D||.|

\|=o ff of oT PT PHP HPDonde:f: Subndice para las condiciones de prueba del fabricante.o: Subndice de las condiciones de operacin.P: Presin baromtrica (absoluta) para ambas condiciones en " H2O.T: Temperatura absoluta para ambas condiciones en R.HP: Potencia en hp.Balance de Perdidas de un VentiladorAnaloga dimensional:Las expresiones de analoga dimensional para las mquinas hidrulicas son:||.|

\|=||.|

\|= = =2121212121HPHPDDQQRPMRPMddDonde: d: Representa el dimetro del impulsor.Tipo de VentiladoresRadiales o CentrfugosAxiales tipo hliceTipo de VentiladoresLos ventiladores, al igual que las mquinas hidrulicas, estnligados por lasemejanzadimensional y secaracterizanpor lavelocidad especfica.4365 . 3HVN Ngs =Donde:N: Velocidad del ventilador en RPM o rad/s.Vg: Flujo de aire en m3/s.H: Es el cabezal en m de columna de H2O.NS: Es la velocidad especfica.Tipo de VentiladoresVentiladores CentrfugosLos ventiladores centrfugos usados en tiro forzado, usualmente son dealtavelocidadderotacin(RPM), conlabescurvadosendireccincontraria a la rotacin, porque producen una velocidad y una cada depresin baja (comparada con labes rectos y curvados en la direccinde rotacin) y el aire manejado est libre de residuos slidos, tambinse utilizan para este propsito ventiladores axiales.Tipo de VentiladoresVentiladoresde Flujo AxialPor su parte los ventiladores de flujo axial, permiten reducir el consumode potencia en auxiliares de planta en todo el rango de carga de carga,con respecto a ventiladores centrfugos, con un consecuente incrementode eficienciaTipo de VentiladoresTipo de VentiladoresLa potencia consumida por un ventilador es funcin del caudal (Q) y del cabezal (Df) manejados:6350CFM DQ P HPFtotal aire= A =6350CFM DHPest Festtico=Donde:DF y Df-Est:: Cabezal y cabezal esttico, respectivamente, desarrollado por el ventilador en " H2O.CFM: Caudal manejado en ft3/min.ventiladortotal airetotalHPHP= qtotaltotal aireventiladorHPHPq=Tipo de VentiladoresLa eficiencia en la transformacin de la energa del ventilador al fluido se puede definir como:Tipo de VentiladoresLa eficiencia estticase puede definir como:ventiladorestaticoestaticalHPHP= qestaticaestaticolventiladorHPHPq=Tipo de VentiladorestotalFl ventiladorCFM DHPq =6350 estaticoest FventiladorCFM DHPq =6350Tipo de VentiladoresEl dimensionamiento de ventiladores se hace con un excedentede un 15 a 20% sobre el flujo a mxima carga, con un 20 a 30%encabezal ycon25Fdeincrementoenlatemperaturadeentrada de aire o gas, para as prevenir :Variacin en la calidad del combustible (ceniza,granulometra).Acumulacin de escoria o sucio en las paredes detransferencia de calorPrdidaspor fugas, necesidaddeincrementorepentinopor carga.Desgaste del ventilador.