INSTRUCCIN BASICA SOBRE CALDERASINSTRUCCIN BASICA SOBRE CALDERAS

CONTENIDO

1. QU ES EL VAPOR?

2. CLASIFICACION DE LAS CALDERAS

3. LA COMBUSTION

4. COMBUSTIBLES

5. TERMINOS COMUNES A CALDERAS

6. LA EFICIENCIA DE UNA CALDERA

7. AGUA DE APORTE EN LAS CALDERAS Y PROBLEMAS COMUNES

8. PROBLEMAS DERIVADOS DE LA UTILIZACION DE AGUA EN CALDERAS

9. SISTEMAS DE ALIMENTACION DE AGUA A LAS CALDERAS

10.COMO SELECCIONAR UNA CALDERA

CLASIFICACION DE LAS CALDERAS

Segn su Uso: Estacionarias (calefaccin)Mviles (Locomotoras)

Segn La Situacin del Hogar:Interna Externa

Segn los Materiales:Fuertes: acero especiales.Calefaccin: Hierro colado.

Segn el Contenido de los Tubos:PirotubularesAcuotubular

Segn el Combustible:LquidoSlidoGaseoso

CLASIFICACION DE LAS CALDERAS

Segn su Uso: Estacionarias (calefaccin)Mviles (Locomotoras)

Segn La Situacin del Hogar:Interna Externa

Segn los Materiales:Fuertes: acero especiales.Calefaccin: Hierro colado.

Segn el Contenido de los Tubos:PirotubularesAcuotubular

Segn el Combustible:LquidoSlidoGaseoso

Segn la Combustin:FuegoNuclearElctrica

Segn La Potencia:Baja (150 Tn/h)

Segn Forma y Posicin de los Tubos:Rectos CurvosHorizontalesVerticalesInclinados

Segn la Circulacin:NaturalForzada

CALDERA PIROTUBULAR

Concebida especialmente para aprovechamiento de gases derecuperacin presenta las siguientes caractersticas.

El cuerpo de caldera, est formado por un cuerpo cilndrico de disposicinhorizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisinde calor y una cmara superior de formacin y acumulacin de v apor.

La circulacin de gases se realiza desde una cmara frontal dotada debrida de adaptacin, hasta la zona posterior donde termina su recorrido enotra cmara de salida de humos.

Caldera Pirotubular Tipo Econmico tres pasos

Caldera Acuotubular de tubos curvos

CALDERA DE RECUPERACION ASISTIDA CON GAS NATURAL FABRICADA EN EL PERU

Caldera Acuotubular

GENERADORES DE VAPOR

El vapor es ampliamente utilizado para calefaccin, secado d e pastas,evaporacin de disoluciones qumicas, procesos de calenta miento, paramover turbinas, mquinas y bombas.

El vapor es la manera ms adecuada y econmica de transportar grandescantidades de calor y energa.

El vapor es fcil de producir ya que se obtiene del agua y generalmente serequiere de un recipiente adecuado para producirlo industrialmente, esterecipiente es una CALDERA o un GENERADOR DE VAPOR.

Qu es el vapor ?

Vapor es, una fase intermedia entre lquido y gas.

Los vapores tienen caractersticas semejantes a losgases, puesto que llenan por completo las paredes delrecipiente que los contiene, pero no siguen la ley de losgases perfectos.

Los vapores saturados. Son aquellos que tienen unatemperatura igual a la de ebullicin (correspondiente a lapresin a que esta el vapor) y constan nicamente de lafase de vapor.

Las propiedades o caractersticas de los vapores seencuentran consignadas en las tablas y grficas de vapores.

Cuando la presin es relativamente baja para el cuerpo que setrata de calentar, ste puede pasar directamente de su faseslida a la fase de vapor, sin pasar por la fase lquida: estefenmeno se llama sublimacin.

En este curso trataremos principalmente al vapor de agua, sinembargo todos los vapores se comportan de un modosemejante, diferencindose solo cuantitativamente en suscaractersticas.

Se acostumbra llamar fluido a toda sustancia en la fase lquida,de vapor o de gas.

Un vapor saturado queda definido por su presin o su temperat ura.Ejemplo: vapor saturado de 10 kg/cm2 ; vapor saturado de 170C.

Un vapor hmedo tiene al mismo tiempo la fase lquida y la fasede vapor. Sutemperatura es igual a la de ebullicin. Para definirlo se ha ce necesario darsu presin o su temperatura y su calidad.

Los vapores sobrecalentados tienen una temperatura superior a latemperatura de vaporizacin y en ellos est presente solamente la fase devapor.

Para definir un vapor sobrecalentado hay que indicar su presin y sutemperatura o bien su sobrecalentamiento.

El sobrecalentamiento de un vapor es la diferencia entre su temperatura y latemperatura de ebullicin correspondiente a su presin.

LA COMBUSTION

Se entiende por combustin la combinacin violenta, condesprendimiento sensible de calor y luz, del oxgeno del airecon el carbono, hidrgeno y azufre, que constituyen loselementos activos de los combustibles slidos, lquidos ygaseosos.

La combustin del oxgeno con el carbono, hidrgeno yazufre, se efecta en proporciones de peso biendeterminadas. As pues, por cada tomo de carbono senecesitan dos tomos de oxgeno para llegar a la combustin,formndose el gas anhdrido carbnico (CO2) aunquetambin se pueden combinar un tomo de carbono con unode oxgeno cuando el carbono se quema con una deficienciade aire, formndose el gas "monxido de carbono" (CO)producto de una combustin incompleta, que debe evitarseporque la combustin del carbono en forma de CO,proporciona aproximadamente el 30% del poder calorficoque resulta de la combustin uniforme en forma de CO 2

El hidrgeno se combina siempre en proporcin de 2tomos de hidrgeno con 1 de oxgeno, formando vaporde agua H2O y el azufre se combina siempre en laproporcin de 1 tomo de azufre con 2 tomos deoxgeno, forma el gas anhdrido sulfuroso SO2.

Este gas es muy perjudicial, porque al enfriarse losproductos de la combustin, el agua procedente de lacombustin del hidrgeno y la que proviene de lahumedad del combustible mas de la del aire decombustin, se condensa y reacciona con el gasanhdrido sulfuroso SO2 formando el cido sulfrico H2SO4, sumamente corrosivo y que ataca a los conductosde humos, sobre todo a los metlicos.

ASPECTOS IMPORTANTES SOBRE LA COMBUSTIN

Cualquier cuerpo slido o lquido que contengasustancias que se puedan quemar (carbono, hidrgeno,azufre, o combinaciones de estos) solamenteempezarn a quemarse cuando esas sustancias seanllevadas a la fase gaseosa mediante una fuente de calorexterna, inicindose as un proceso qumico, condesprendimiento de calor y luz en mayor o menorabundancia, hasta que se agoten las sustanciassusceptibles de quemarse.

Un trozo de madera tiene en su composicin,combinados, los elementos combustibles hidrgeno,carbono y azufre, los cuales deben llevarse a la fasegaseosa para poder iniciar su combustin.

De aqu que se requiera una fuente de calor externams o menos intensa y durante un tiempo de aplicacinprolongada para poder iniciar la combustin de ese trozode madera; y si est hmedo, primero serindispensable evaporar el agua que contiene, pues latemperatura de la madera no se elevar lo suficientehasta que se haya evaporado el agua que lleva en suseno.

No sucede lo mismo con un combustible lquido como lagasolina, mezcla compleja de combinaciones de loselementos hidrgeno y carbono (hidrocarburos) y quetambin contiene el elemento azufre, en cantidades muypequeas.

Si se tiene una cantidad de gasolina en un tanque, apresin atmosfrica, siempre se tendr una pequeaporcin de gases de gasolina sobre la superficie Iquida,debido al fenmeno natural de la evaporacin.

El proceso de combustin se puede iniciarinstantneamente y para ellobastar acercaruna fuente de calor externa de ciertaintensidad.

Una vez que se ha iniciado el proceso, partedel calor producido se emplea en llevar alcombustible de su estado Iquido natural algaseoso, para continuar la combustin delmismo.

De los breves ejemplos anteriores se desprendenlos siguientes hechos importantes:

1 Para poderse quemar, toda sustanciacombustible debe estar en fase gaseosa.

2 Debe estar presente el elemento oxgeno,mezclado con el gas combustible en proporcinadecuada.

3 Debe disponerse de una fuente de calorexterna de intensidad y cantidad adecuadospara poder iniciar el proceso de combustin.

Los tres conceptos anteriores guardan una estrechainterrelacin, al grado de que si uno solo de ellos falla,no se realiza la combustin. Para iniciar y continuar unproceso de combustin, debe existir proporcionalidadentre:

a) Masa de combustible por quemar en un tiempodeterminado.

b) Masa de oxgeno.c) Intensidad de la fuente de calor externa, durante

el mismo tiempo.

Los Imites dentro de los cuales sucede lo anterior paracada combustible en particular se llaman Imites deinflamabilidad". Fuera de ellos, no se realizar lacombustin aunque concurran las tres condiciones.

En las industrias se almacenan y se manejancombustibles slidos, lquidos o gaseosos. Es necesarioconocer sus puntos de inflamacin y de encendido.

Estos dos puntos, aunque muchas veces se confunden,son diferentes. Se refieren a las temperaturas ptimaspara que se inflame un combustible sin que contine elproceso de combustin y la que se requiere para que sicontine dicho proceso.

La primera temperatura (de inflamacin) es muy tilconocerla para un diseo adecuado de losalmacenamientos de hidrocarburos lquidos(combustible pesado, diesel, gasolina, etc.); la segundapara una combustin sostenida.

Quemadores SelladosQuemador de tiro forzado COEN para calderas pirotubulares

Por ejemplo la segunda temperatura (de encendido) esindispensable conocerla cuando hay que quemarcombustibles en un horno y analizar los resultados. Seha demostrado que el simple conocimiento de los tresconceptos expresados inicialmente es suficiente paraencontrar la solucin de mltiples problemas enquemadores industriales.

Recurdese que un quemador industrial de cualquiertipo, el quemador de una estufa o de un calentador deagua domstico, o bien un mechero de laboratorio,solamente son medios para quemar econmicamentelos combustibles y que su diseo es una consecuenciade los principios fundamentales de una combustin.

La combustin en s, no es un fenmeno tanelemental.

En algunos casos tiene cierta simplicidad,como en el caso del carbn de piedra. Perocuando es necesario analizar la combustinde hidrocarburos como los derivados delpetrleo, la situacin adquierecomplejidades increbles.

En nuestro medio los combustiblescomerciales por excelencia son losderivados del petrleo, es decir loshidrocarburos.

Cuando los hidrocarburos se queman, se estaexperimentando el proceso de combustin de mascomplejidad dentro de dichos procesos.

Los elementos carbono (C) hidrgeno (H) y azufre (S)no se queman como tales, a excepcin del azufre, sequeman en mayor o menor porcentaje como molculasde hidrocarburos y el resto como elementos hidrgenocarbono separados.

Esto determina tambin el color y la intensidad de laflama.

En un mechero de laboratorio, como en la estufadomstica, el gas natural se quema con flama azulosa yde escasa intensidad luminosa; este mismo gas se puedequemar con flama predominante amarillenta en el hornode una caldera, simplemente evitando una dotacin deaire primario de combustin.

En ambos casos la "eficiencia" de la combustin esprcticamente igual y las cantidades de calor liberadotambin iguales.

La diferencia en el color y la intensidad de la flama estribanicamente en la cantidad de carbono que se quemecomo elemento en s, disocindose de la molcula dehidrocarburo. El elemento carbono, por funcin natural,emite una luz muy intensa y amarilla, al quemarse.

Esta simple explicacin se contrapone con lageneralizada idea de que si un combustiblese queda con flama azul se obtiene mejoraprovechamiento del mismo aunque encierto modo haya justificacin para creerloas, por el hecho de que solo se logra unaflama predominante azul cuando se estaquemando gas combustible premezcladocon una pequea cantidadde aire.

En la gran mayora de las aplicaciones industriales notiene importancia el hecho en s de que se produzca unaflama azul o una flama amarillenta, o que la luminosidadsea intensa o no lo sea.

Lo que hay que cuidar es que el combustible liberesu mxima cantidad de calor.

Son otros los factores que determinan a veces laconveniencia de obtener flama azul o flama amarillenta,pero estos casos de aplicacin hacen minora encomparacin con la aplicacin general de combustibles,hornos de todas clases o en motores de combustininterna.

Otro sntoma de la complejidad de la combustin delos hidrocarburos se revela por el hecho de quealgunos sub-productos del proceso tienen olor.

Quin no se ha molestado estando cerca del escapede un motor Diesel en servicio?

Ese olor tpico "a formol" como algunos dicen no sinrazn denota la presencia de aldehdos entre loscuales el formaldehdo es popular en el grupo, atacalas mucosas y por eso irrita nuestros ojos y fosasnasales. Al quemarse la molcula de hidrocarburoaparecen y desaparecen productos como sigue:

En el caso elemental de disociacin de la molcula dehidrocarburo debido a la "proyeccin" de una zona de muyalta temperatura, la cosa se simplifica como sigue:

Recurdese que los productos CO, CO2 y H2O notienen olor. Sin embargo, en cualquier combustinde hidrocarburos apreciamos olores, con mayor omenor intensidad. Esto se debe, por una parte, a quees prcticamente imposible efectuar unacombustin total de los combustibles, por elproblema mecnico de su mezcla perfecta con eloxgeno del aire.

Por otra parte, es caracterstica en los hidrocarburosal quemarse, la aparicin de compuestos de radicalhidroxilo (OH) que dan paso a los aldehdos que secombinan con el oxgeno del aire para continuar elproceso de combustin.

REACCIONES QUIMICAS DE LA COMBUSTION

Las reacciones qumicas que ocurren en la combusti n son las siguientes:

Sustancias combustibles Reaccin

Monxido de Carbono (CO) 2 C + O 2 = 2 CO Bixido de carbono (CO 2) C + O2 = CO2 Monxido de Carbono 2 CO + O 2 = 2 CO Hidrgeno 2 H 2 + O2 = 2 H2O

Bixido de Azufre S + O 2 = SO2 Trixido de azufre 2 S + 3 O 2 = 2 SO3 Metano CH4 +2 O2 = CO2 + 2 H2O Acetileno 2C2H2 + 5 O2 = 4 CO2 + 2 H2

C2H2 + 3 O2 = 2 CO2 + 2 H2O

Etano 2 C2H6 + 7 O2 = 4 CO2 + 6 H2O

PRODUCTOS DE LA COMBUSTIN

Como resultante de la combustin es de suma importanciaconocer el tipo de humo que se desprende al efectuarse lacombustin de cualquier combustible; sabemos que los gasesde la combustin son una mezcla de sustancias qumicasgasificadas, cuya proporcin es segn el desarrollo de lacombustin misma.

Una composicin ideal (normal) debe contener:

CO2 Bixido de CarbonoH2O Vapor de aguaSO2 Anhdrido SulfurosoN2 NitrgenoO2 OxgenoCH4 Metano; y C2H2 Etileno.

El holln

Tambin llamado combustible coquizado.

Tericamente el holln es combustible no quemado o quemadoparcialmente, significando consecuentemente perdida en elconsumo de combustibles.

Prcticamente es el resultado de una combustin incompleta.

Se presenta en dos formas, algunas veces en forma voltil, y otrasveces coquizado, cuando se presenta en esta ltima forma, recibevulgarmente el nombre de escoria.

Para que la combustin se efecte completamente y sin humos enuna caldera, es necesario usar quemadores especiales que puedanatomizar el combustible (cuando este es lquido), formando unanube de combustible que sale del quemador a presin para que e lcontacto con el aire sea completo.

EL CONTROL DEL AIRE

El control del aire suministrado al quemador de una caldera para quese verifique una combustin completa, es un aspecto muy impo rtante,pues al haber un exceso de aire, el rendimiento es menor porque secalienta una cantidad de aire innecesario que no interviene en lacombustin y que escapa por la chimenea a una temperatura ele vada.

Por otro lado debe evitarse la falta de aire pues, existe el peligro de laformacin de CO (monxido de carbono), resultante de unacombustin incompleta del carbono, debemos tomar en cuenta que elCO2, es inversamente proporcional a la cantidad de exceso de aireutilizado.

Para controlar la verificacin de una combustin adecuada e n elquemador de una caldera, es necesario tener presente los siguientesaspectos:

* Anlisis de los gases de combustin de unacaldera

Al realizar el anlisis de los productos de la combustin se debe tenerabsoluta seguridad de que la composicin de O 2; y CO es la correcta,as como la de CO2 (El O2, deber ser como mximo de 1% a 2% y nodeber existir el CO)

Rangos Gas Natural Diesel (No. 2) Diesel (No.6)

A 10% CO2; 12,8 % CO2 13,8% CO2,B 9% CO2; 11,5 % CO2 11,5% CO2,C 8.5% CO; 10 % CO2; 13,0% CO2;

D 8% menos 9 % menos 12% m enos

A = ExcelenteB = BuenoC = RegularD = Pobre

Las medidas de CO2 ; O2 y CO es una buena indicacin de la eficiencia del quemador.

* Temperatura de gases en la chimenea

Si la temperatura de los gases es mayor en 83 C de ladel vapor, es demasiado alta.Solucin: Limpieza de fluses y ajuste de quemador .

Si esto no reduce la temperatura de gases, es que elquemador es de un diseo deficiente.

Alta temperatura de gases de combustin significadesperdicio de calor.

COMBUSTIBLES

Combustible es toda sustancia que combinada con el oxgeno del aire, produce luz, calor y desprendimiento de gases.

Existen tres tipos de combustibles:Combustibles slidos, lquidos y gaseosos.

Combustibles slidos

Tales como: El carbn mineral, que se encuentra diseminado en depsitos fsiles endos clases generales que son: Carbn antractico y Carbn bi tuminoso.

El COKE que es una sustancia slida que resulta despus de qu emar el carbnmineral en hornos especiales. Existen otros combustibles slidos como la madera,las cortezas, la paja, la brea, el aserrn, el bagazo de caa,etc.

Combustibles Iquidos

El petrleo crudoEs un lquido, mezcla de una gran cantidad de hidrocarburos slidos y gaseososdisueltos en otros hidrocarburos lquidos, aparte de otros compuestos de azufre (S),oxgeno (O) y nitrgeno (N), que suelen variar entre los sigu ientes lmites:

CARBONO (C) vara entre 83 y 87%; HIDROGENO (H) vara entre 10 y 14%OXIGENO (O) en general inferior al 3 %; NITROGENO (N) en general inferior a 1%; AZUFRE (S) en general inferior a 2 %

PROPIEDADES FSICAS DEL PETRLEO CRUDO

* Densidad.- A una temperatura de 15 C vara de 0,88 a 1,00 y elcoeficiente de dilatacin es aproximadamente de 0,00063 po r cadagrado centgrado.

* Color.- Es muy variable; de amarillo claro a casi negro, va enproporcin directa con la densidad, correspondiendo a mayo rdensidad un color ms oscuro.

* Olor.- Depende generalmente de la cantidad de azufre que contenga,a mayor proporcin de azufre mayor olor

* Viscosidad.- Es muy variable tambin y va en relacin proporcionalcon la temperatura y siempre ser mas baja cuanto mayor sea latemperatura.

* Calor Especfico.- Es tambin muy variable y va de 0,45 a 0,55 yaproximadamente para clculos prcticos se toma 0,50.

* Poder Calorfico.- Vara de 10 000 a 11 500 kilocaloras por kg.

Diesel

Su densidad es variable y va de 0,86 a 0,92, a mayor cantidad dehidrocarburos naftnicos, corresponde una mayor densidad, su podercalorfico va de acuerdo con su densidad, (11 051 kcal/kg. con unadensidad de 0,82).

En la cmara de combustin de un motor, la temperatura aumenta de 500 600 C, que son necesarios para que el Diesel haga explosin.

Residual

El petrleo residual tiene una gran variedad de nombres, tambi n esconocido con el nombre de bunker.Como su nombre lo indica, es el residuo Iquido resultante de la refinacindel petrleo crudo, sea lo que queda despus de haber extrado l asgasolinas, petrleo difano y aceite lubricante. Llega a tener una densidadde 1,04

El asfalto

Es una mezcla de materiales slidos y semi-slidos de color negro omarrn casi negro que se liquidan gradualmente por el calor, com puestospredominantemente por bitmenes (mezclados de hidrocarburossolublesen sulfuro de carbono).

TANQUES DE RECEPCION DE COMBUSTIBLE

COMBUSTIBLES GASEOSOS

Los combustibles gaseosos mas usados en calderas son:

Gas natural, gas de hornos de coke, gas de altos hornos y gaspobre. (El GLP por su alto costo dificulta su aplicacin prctica encalderas).

Los combustibles gaseosos tienen todas las ventajas sobre loscombustibles lquidos y menos desventajas. nicamente, pa ra suencendido es necesario tomar mayor nmero de medidas deseguridad y evitar las fugas por insignificantes que sean en lastuberas (las especificaciones de los combustibles los encuentra enla seccin de tablas y graficas generales).

TERMINOS COMUNES A CALDERAS

GENERADOR DE VAPOR

Es la serie de dispositivos que aprovechando el poder calorfico de uncombustible producen vapor. Un generador de vapor esta compuestobsicamente, por cuatro transmisores de calor que son:

La caldera propiamente con su hogar El precalentador de aire El economizador y El sobre calentador.

SUPERFICIE DE CALEFACCIN

Es la superficie de metal que esta en contacto al mismo tiempo con losgases de combustin y con el agua o vapor, es decir, es toda superficie d euna caldera que esta en contacto por un lado con el agua y por el otro estaexpuesta al fuego o a la corriente de los gases de la combustin. Se mi dedel lado de los gases en m2 o pies2, en las calderas de tubos de fuego y porel lado del agua en las calderas de tubos de agua.

CABALLO CALDERA

Se dice que una caldera tiene una capacidad de un caballo de caldera,cuando es capaz de producir 15,65 kg/hr (34,5 Ib/hr) de vapor saturadode 100 C (212 F), utilizando agua de alimentacin de la mismatemperatura.

Cuando esta cantidad de vapor se produce por cada m2 de superficiede calefaccin (aproximadamente 10 pies 2) se dice que la caldera estatrabajando con 100% de carga, En tamaos pequeos (calderascompactas) la capacidad se expresa en caballos caldera (CC).

El termino caballo caldera es una denominacin antigua pero se aplicatodava para designar la capacidad de calderas pequeas (compactas)y tuvo su origen en el hecho de que una caldera al alimentar unamquina de vapor recprocamente, esta desarrollabaaproximadamente 1 CC por cada 10 pies2 (1 m2) de superficie decalefaccin de la caldera.

CAPACIDAD NOMINAL

Se obtiene de acuerdo a la siguiente expresin:

K

SCn C=

CC

mK

21=

CC

pieK

210=

Comercialmente se acostumbra expresar los trminos de capacidad,segn el tamao relativo de las calderas y prcticamente encontramosdichas capacidades en los siguientes trminos:

a) Calderas pequeas: kcal/hr; BTU/hrb) Calderas en la pequea y mediana industria: Caballos Calderac) Calderas grandes: kg/hr; Ton/hr; lb/hr de vapor producido

Todas estas capacidades son convertibles entre si tomando en cuentala definicin de caballo caldera de A.S.M.E.

Intencionalmente estamos haciendo caso omiso de calderas muygrandes, como las utilizadas en las plantas de generacin de e nergaelctrica, en que la capacidad de la caldera la identifican de acuerdo ala capacidad de generacin de energa elctrica.

Antiguamente y en forma muy convencional se defina la capacidad deuna caldera segn su superficie de calefaccin, sin tomar en cuenta laproduccin de vapor y se deca que por cada m 2 (aproximadamente 10pies2) de su superficie de calefaccin se tena un caballo caldera .

Esta forma de expresar la capacidad es totalmente obsoleta

.ELEMENTOS DE TERMODINAMICA APLICABLES A LAS CALDERAS

Como ya se ha comentado el vapor es un conjunto de estados de lafase gaseosa en donde la sustancia no se comporta de acuerdo conlas leyes de los gases perfectos y gran parte de sus variables sedeterminan por experimentacin en el laboratorio y se consi gnan enTablas de Propiedades Termodinmicas.

En particular nos interesa el vapor de agua producido en un recipientea presin (Caldera) y en lo sucesivo, nos referiremos a el com o vapor.

El vapor puede estar "seco" cuando no contenga en su senopartculas de agua y "hmedo" en el caso contrario.

El grado de "sequedad" en el vapor se define como calidad del mismo.

Ejemplo: Si de una caldera sale vapor con un 2% de humedad, lacalidad del vapor sera de 98%.

El vapor esta "seco" a determinadas condiciones de presin yentonces se dice tambin que esta saturado.

Existe una presin que se manifiesta de por vida en todosnosotros y esta es la presin atmosfrica que, por medirse conun barmetro, tambin se Ie llama "presin baromtrica". Esmenor a una mayor altitud sobre el nivel del mar y es mayor amedida que nos aproximamos al nivel del mar.

El agua, al nivel del mar, hierve (se satura) a 100 C (212 F) e ndonde la presin baromtrica es de 1,033 kg/cm 2 (14,7 lb/pulg2).Si el agua que se evapora la confinamos en un recipiente yseguimos agregando calor, la presin aumenta y el punto desaturacin tambin aumenta. Esta presin la puede registra r unmanmetro, pero el manmetro marca cero cuando la presines la atmosfrica, es decir, solo marca presiones"manomtricas" o relativas. Esta medida de presin essatisfactoria para recipientes a presin como las calderas .

Sin embargo, para clculos termodinmicoses indispensable utilizar el concepto"presin absoluta" que es la suma de lapresin atmosfrica y de la relativa (presinbaromtrica, ms presinmanomtrica).

Ejemplo: Al nivel del mar puede estar operando una caldera a 10 kg/cm2, de presin marcada por el manmetro. La presin absoluta ser:

Pa = 10 + 1,033 = 11,033 kg/cm2

Si 1 kg/cm2 = 14,2 Ib/pulg2

Pa = 142 + 14,7= 156,7 Ib/pulg2 (PSIA)

En la Ciudad de Arequipa la presin baromtrica es deaproximadamente 0,79 kg/cm2 = 11,2 lb/pulg2. Si lamisma caldera produce vapor de 10 kg/cm2 (142lb/pulg2). La presin absoluta ser:

Pb = 0,79 kg/cm2 (presin baromtrica)

Pa = 10 + 0,79 = 10,79 kg/cm2

Pa = 142 +11,2 =153,2 lb/pulg2

De lo anterior se desprende que el comportamiento termodinmicode los vapores en algunas de sus variables depende de la presinabsoluta y no de la relativa.

Para ir en orden, tenemos aun que insistir en algunos conceptos yamencionados anteriormente.

Por conveniencia, todos los conceptos relativos a los vapores deagua se refieren a las condiciones de presin al nivel del mar . LaFigura 1 PT muestra como un kg. de agua (1 litro) al cual se Ie vaagregando calor, alcanza la temperatura de 100 C y adquiere unaenerga (cantidad de calor) de 100 kcal/kg. A partir de ese instante,no subir mas la temperatura y todo el calor que cedamos al aguase utilizara nicamente en cambiar de fase (Iquido a vapor), hastaque todo el litro de agua (1 kg) se haya evaporado en su totalidad.

Entonces el kg. de vapor tendr almacenada una energa de 640kcal.

Para los que estn mas familiarizados con el sistemaingls de unidades, la grafica correspondiente es laFigura 2 PT.

El calor sensible es el que "se siente", el que percibe untermmetro ordinario; el calor latente no acusa unaelevacin de la temperatura del vapor. En una caldera,la temperatura de agua es exactamente la misma que ladel vapor, sea este hmedo o seco.

Entalpa es un trmino muy popular en el lenguajetcnico:Es la cantidad de calor total que tiene la unidad demasa de un fluido, en su fase lquida o en su fase devapor. Se mide en kcal/kg o BTU/lb. La entalpa seconsigna en las Tablas de propiedades termodinmicasde los vapores.

En el caso especfico de las calderas de diseomoderno, el vapor que se obtiene es prcticamenteseco y saturado a la presin de operacin. Sinembargo, en algunos procesos industriales esnecesario producir vapor de una temperatura mayorque la correspondiente a la saturacin segn lapresiona que se trabaje una caldera.

Este vapor se llama "sobrecalentado" y para ello esnecesario llevar el vapor que se produce en lacaldera a un aparato llamado "sobrecalentador devapor" que recibe calor de los mismos gases decombustin.

Esto prcticamente se logra en calderas del diseode tubos de agua que son las nicas que permitenespacios necesarios para la colocacin delsobrecalentador.

Evaporacin de una caldera

Se llama "evaporacin" a la cantidad (kg lb) devapor que produce una caldera bajo determinadascondiciones de presin absoluta en una hora y condeterminada temperatura del agua de alimentacin.

Por ejemplo, se dice de una caldera cuyaevaporacin sea 1400 kg/hr. a 8,8 kg/cm 2manomtricos, instalada en una ciudad y a la que sealimenta agua de 60 C; es igual a una caldera cuyaevaporacin sea de 9000 lb/hr a 145 lb/pulg 2manomtricas, instalada en otra Ciudad, con aguade alimentacin de 160 F.

LA EVAPORACION ES LA MEDIDA DE LA CAPACIDAD DE UNACALDERA

Las dificultades para designar la evaporacin en estas cond iciones,estriba en los siguientes puntos:

1 Una misma caldera puede operar a diferentes presiones enel trmino de una hora, dependiendo de la demanda de vapor y,en consecuencia, de la cantidad de combustible que sealimente.

2 La temperatura del agua de alimentacin varaconstantemente.

3 La misma caldera puede estar instalada en sitios diferentes,a distintas altitudes sobre el nivel del mar.

Es decir, una misma caldera podra designarse en cuanto acapacidad (evaporacin) con un nmero infinito de valores, dentrode determinados lmites de presin del vapor, altitud y temp eraturadel agua de alimentacin.

Para uniformizar nuestro criterio y evitar posibles confusiones,utilizaremos el termino EVAPORACION EQUIVALENTE (nominal)para referirnos a la evaporacin comparativa bajo las condi cionesde presin absoluta al nivel del mar ( 1,033 kg/cm 2 14,696lb/pulg2), de altitud cero y con agua de alimentacin a 100 C (212F)

Como la temperatura de saturacin al nivel del mar es de 100C (212 F), la evaporacin equivalente es expresada como kg /hrdesde y hasta 100C, o bien, Ib/hr desde y hasta 212 F.

Esto significa la cantidad de vapor en kg (Ibs) que producir cadahora una caldera que reciba agua a 100 C ( 212 F) y la conviertaen vapor de 100 C (212 F), o sea a una presin absoluta de 1,03 3kg/cm2 14,696 lb/pulg 2.

Utilizaremos el termino EVAPORACION REAL (de operacin), parareferirnos a la evaporacin efectiva, bajo condiciones de p resinmanomtricas de acuerdo a la altitud del lugar de operacin de lacaldera y con agua de alimentacin con una temperatura efect iva enel momento de estar en operacin.

Para transferir las capacidades reales a las equivalentes, queson las que proporcionan los fabricantes, interviene elconcepto FACTOR DE EVAPORACION. Que es la relacin queexiste entre la evaporacin equivalente y la evaporacin re al,bajo cualquier condicin de operacin.

Deber tenerse presente que las capacidades que semencionan son capacidades mximas, es decir, considerandola mxima dotacin de combustibles que puede admitir unacaldera.

Si llamamos:

Fe Factor de evaporacin WE Evaporacin equivalente Wr Evaporacin real

TABLA PARA FACTORES DE EVAPORACION