CALDERA PIROTUBULAR

CALDERA PIROTUBULAR

INDICE

CONTENIDO

PAGINA

CALDERAS A VAPOR03

GENERADOR DE VAPOR03

CAPACIDAD DE PRODUCCION DE UNA CALDERA04

TIPOS DE CALDEROS DE VAPOR 04

CALDEROS PIROTUBULARES04

CALDEROS ACUOTUBULARES05

CALCULO DE LA CAPACIDAD DE UNA CALDERA PIROTUBULAR07

CAPACIDAD DE VAPORIZACIN DE UNA CALDERA08

PRINCIPIO DE PABRICACION DE CALDEROS PIROTUBULARES10

PARTES BASICAS DE UNA CALDERA10

USOS DE LAS CALDERAS PIROTUBULARES13

EL VAPOR13

LA FORMACION DEL VAPOR:14

EL CONDENSADO:23

ABLANDADOR DE AGUA:29

PROCESO DE FABRICACION DE UNA CALDERA32

DISEO

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VENTAJAS COMPARATIVAS DE LAS CALDERAS DE 03 PASES DE FUEGO CON ESPALDA HMEDA Y HOGAR CENTRAL CORRUGADO VERSUS LAS CALDERAS CONVENCIONALES DE ESPALDA CON REFRACTARIO

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BIBLIOGRAFIA41

CALDERAS A VAPORLA CALDERAEs un recipiente a presin diseado para generar vapor de agua, absorbiendo el calor liberado en la combustin de un combustible o tambin de gases calientes provenientes de un proceso externo o de elementos elctricos.Cul es el objetivo de una caldera?Las calderas o generadores a vapor son equipos cuyo objetivo es: Generar agua caliente para calefaccin y uso general, o generar vapor para planta de fuerza, procesos industriales o calefaccin por intercambio indirecto.

GENERADOR DE VAPOREs el conjunto o sistema formado por una caldera y sus accesorios, destinados a transformar un lquido en vapor, a temperatura y presin diferente al de la atmsfera.Los generadores de vapor son grandes intercambiadores trmicos en los que el calor es transferido de un circuito de agua a otro, transformando el agua del segundo circuito en vapor, el que luego es usado para impulsar las turbinas y los generadores elctricos, son equipos generadores de fuerza.

CAPACIDAD DE PRODUCCION DE UNA CALDERALa capacidad de generacin de vapor se da frecuentemente en libras de vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energa, este sistema no mide exactamente la energa producida. (BHP BTU/HR) pero solo a determinadas condiciones BHP = 34.5 Lb/hr. Por lo anterior la capacidad de una caldera de vapor se expresa ms concretamente en forma de calor transmitido a travs de su superficie en BTU/Hora Para unidades pequeas se utiliza el concepto de caballo de calderas o BHP (Boiler Horse Power), el cual equivale a 33.475 BTU/h definido por la ASME en el ao de 1889.

TIPOS DE CALDEROS DE VAPOR Calderas Acuotubulares. Calderas Pirotubulares.CALDEROS PIROTUBULARESSon aquellos donde los gases de combustin fluyen por el interior de los tubos y el agua circula externamente a los tubos, generndose la transmisin de calor desde la parte interna a la externa de los tubos. A estas Calderas tambin se les conoce como Tubos de Fuego. Por lo general son para mediana potencia.

CALDEROS ACUOTUBULARESSon aquellas donde el agua fluye por el interior de sus tubos y los gases de combustin fluyen externamente a los tubos, generndose la transmisin de calor desde la parte exterior a la parte interior de los tubos. Se les conoce Calderas de tubos de Agua; por lo general son de Alta Potencia y para Alta Presin. Para Potencia pequea no es recomendable econmicamente.En este tipo de calderas adems el hogar (recinto donde se produce la combustin) est conformado por paredes de tubos de agua. En ellas el intercambio es bsicamente por radiacin desde la llama.

CALDEROS PIROTUBULARESSe denominan piro tubulares por que los gases calientes procedentes de la combustin de un combustible, circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta baado por el agua de la caldera.CONCEPTOS DE REFERENCIA: Pasos: Recorrido de los Gases de combustin, desde la parte delantera a la posterior y/o viceversa, y a abajo hacia arriba o viceversa; durante el cual transfiere calor al agua.Presin de Trabajo: Presin a la cual trabajar la Caldera. Esta presin puede ser igual o menor a la presin de Diseo.De acuerdo al nmero de pasos: Un paso - con deflectores Dos pasos - con deflectores Tres pasos - ptima eficiencia en transferencia Cuatro pasos.De acuerdo a la Configuracin de la parte Posterior o Cmara de Retorno de Gases: Baja presin - de 0 a 30 Mediana presin - de 30 a 300 Alta presin - ms de 300De acuerdo a la Configuracin de la parte Posterior o Cmara de Retorno de Gases:De espalda Seca: Donde se emplea refractario para rodear paredes de dicha cmara.De espalda Hmeda: Donde se emplea una pared de agua para rodear las paredes de dicha cmara.De acuerdo al Tipo de Operacin: Manual Semiautomtico. Automtico.Diagrama "T - S" y/o Temperatura -Entropa

CALCULO DE LA CAPACIDAD DE UNA CALDERA PIROTUBULAREs importante hacer definiciones y explicar conceptos empleados en el campo de la Caldera, los cuales servirn para interpretar las literaturas o informaciones escritas sobre el tema.CARGA TRMICA (Q):Es la cantidad de calor aprovechando por el agua hasta lograr se evaporacin y sobrecalentamiento, si es que la tiene.Para poder elevado con rigurosidad se emplea el diagrama "T - S" y/o Temperatura Entropa, teniendo en cuenta la condicin inicial y final del agua.La forma ms prctica de evaluar la carga trmica de la caldera es mediante la diferencia de entalpa entre el estado final e inicial del agua expresado como.La forma ms prctica de evaluar la carga trmica de la caldera es mediante la diferencia de entalpa entre el estado final e inicial del agua expresado como.

m= Flujo de agua y produccin de vapor en (KJ/s)*h= Diferencia de entalpas especifican vapor - aguaSe puede simplificar este clculo y obtener resultados aproximados mediante una tabla de vapor saturado y considerando la diferencia de entalpa como la suma de la entalpa de calentamiento del agua hasta la temperatura de saturacin y el calor latente de evaporacin a la presin de trabajo as.Donde entalpa de calentamiento: hcal

Dnde:Cp: Calor especfico del agua = 4.186 KJ/KgTs: Temperatura de Saturacin.To: Temperatura Inicialhig: Entalpa de evaporacin a presin Ps(KJ/Kg)Ps: Es la presin de Trabajo o de Saturacin.Por lo tanto:

VAPOR NORMAL (Vn)Es la masa de vapor que se obtiene, con una cierta cantidad de calor, vaporizada de 100C a 100C, es decir partiendo como lquido saturado hasta llegar a vapor saturado a nivel del mar (temperatura de saturacin de 100C), El calor requerido, o calor latente, por cada Kg de agua es de 2257 KJ/kg.FACTOR DE EVAPORACINSe define como:

Por los tanto se deduce que:Vn = f x mCAPACIDAD DE VAPORIZACIN DE UNA CALDERAEs la capacidad de un generador de vapor en Kg/Hr (lb.Hr) indicando la presin de Trabajo y la Temperatura de ingreso del agua. Pero como las calderas trabajan a presiones diferentes unas con otras, as como temperaturas de ingreso de agua, surge como una fortuna de expresar la potencia del equipo en Hp de Caldero.HP DE CALDERO (BHP)La definicin ms aceptada para este concepto la dio la ASME (AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERI) de la siguiente manera:Es la cantidad de calor necesaria que hay que suministrar para evaporar 34.5 libras de agua por hora desde 212 F a 212F.En trminos numricos esto equivale a:1 BHP = 34 475 BTU/Hr1 BHP = 9.81 KWDe esto se puede concluir que el HP DE CALDERA es una unidad de calor, por lo que puede ser de diferentes BHP, dependiendo de la presin y de la Temperatura del agua de ingreso.Tambin se emplea el BHP de caldero para dirigirse el tamao de una caldera en base a la superficie de calefaccin. Para ello, la ASME teniendo en cuenta que las calderas en esa poca utilizaban la superficie de 5 pie2 para generar 34.5 lb de vapor por hora.EFICIENCIA TRMICA DE UNA CALDERAEs el porcentaje total suministrado por el combustible que es cedido al agua, esto es:

Q = Energa del Combustible - Prdidas por chimeneas - Prdidas por aislamiento

HRP: Calor cedido por el combustible.Pc: Prdida por la chimenea.Pa: Prdida por el aislamientoSUPERFICIE DE CALEFACCINSegn reglamento alemn, es el rea de la superficie medida del lado del fuego de las paredes expuestas, por un lado, o los gases que sirvan para la calefaccin y por el otro, con el contacto con el agua.Segn ASME la superficie de calefaccin de la unidad generadora de vapor, es aquella parte de la superficie de transmisin de calor del aparato, expuesto por un lado al gas y por el otro el lquido que es calentado, medida del lado que recibe el calor.El valor empleado para la superficie de calefaccin por cada BHP, actualmente flucta entre 23,5 pie2 por BHP para Calderas Verticales y de 5 pie2 por BHP para Calderos Horizontales. CALCULO DEL CALOR TRANSFERIDO

T1: Temperatura Inicial T2: Temperatura FinalPRINCIPIO DE PABRICACION DE CALDEROS PIROTUBULARESEl combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisin de calor por radiacin, y los gases resultantes, se les hace circular a travs de los tubos que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de calor por conduccin y conveccin.Se fabrican en capacidades que van desde 1 BHP hasta aproximadamente 900 BHP, en unidades estandarizadas de 5, 10, 20, 40,100, 200 y ms BHP.Las presiones de operacin ms comunes son de 150 Psi y 250 Psi aun cuando pueden trabajar a presiones ms bajas.Son de bajo costo ya que su fabricacin es muy sencilla y se utilizan para quemar combustibles gaseosos, lquidos y slidos.PARTES BASICAS DE UNA CALDERA

ESPECFICAS DE UNA CALDERA PIROTUBULAR

USOS DE LAS CALDERAS PIROTUBULARES Ho spitales y clnicas. Baos saunas. Universidades. Lavanderas Fbricas. Camales. Industrias qumicas. Refineras. Mineras.EL VAPOR

El vapor se refiere a la materia en estado gaseoso. Aunque este no se limita al vapor generado por agua, muchos diferentes tipos de vapor existen en el mundo. Sin embargo, el trmino vapor es ms comnmente usado para referirse al estado gaseoso del agua.El agua puede existir como: Un slido HIELO Un lquido AGUA Un gas- VAPOREl vapor es una forma gaseosa del aguaIMPOTANCIA DEL USO DE VAPOR La energa calorfica es agregada al agua para convertirla en vapor. En este proceso se usan cantidades grandes de energa. Cuando el vapor entra en contacto con una superficie ms fra se condensa y cede rpidamente esta energa. Este proceso se lleva a cabo a temperatura constante.LOS BENEFICIOS DEL VAPOR: Usado desde la revolucin industrial. Continua siendo un transportador de calor moderno, flexible -y verstil. Producido por la evaporacin del agua, es relativamente barato y completamente ecolgico. Siempre fluye de una fuente de presin alta a otra ms baja y no requiere bombeo. Su temperatura puede ajustarse con precisin controlando su presin. Transporta una gran cantidad de energa con una pequea masa.

LA FORMACION DEL VAPOR:A 1 Kg. De agua a la presin atmosfrica y a 0C.Se le agrega calos hasta llevar la temperatura al punto de ebullicin.Esto se llama Entalpia especfica del agua o Calor Sensible. A o bar esto ser 419 kJ/kg.

El agregado de ms calor convertir el agua en vapor. Esto se llama Entalpia Especifica de Evaporacin o Calor Latente. A 0 bar esta ser 2257 kJ/kg.

ENTALPIA ESPECFICA

EL CONTENIDO DE CALOR DEL VAPOR: Entalpia especfica del agua (calor sensible)Es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura del agua desde 0C hasta la temperatura de saturacin (ebullicin) kJ/kg.Es referida como hf Entalpia especfica de evaporacin (calor latente)La cantidad de calor requerida para convertir el agua lquida en vapor a la temperatura se saturacin kJ/Kg.Es referida como hfg Entalpia especifica del vapor (calor total)Es la suma de las anteriores kJ/Kg, la cantidad total de calor en el vapor.Es referida como Hg.10 bar g1 bar gPresin atmosfrica

A medida que se incrementa la presin, tambin se incrementa la temperatura de saturacin o punto de ebullicin.La temperatura de saturacin es el lmite a la cual el agua puede llegar como lquido. Si se le agrega ms calor comenzara a evaporarse.Esta es una correlacin fija.TEMPERATURA DE SATURACION

VAPOR SATURADO: TEMPERATURA VS PRESION

VAPOR SATURADO: VOLUMEN VS PRESION

VAPOR HUMEDO:Las propiedades del vapor saturado seco estn en la tabla de vapor, a menudo, el vapor contiene gotas de agua en suspensin cuando este es el caso, se designa como vapor hmedo.El vapor hmedo contiene menos entalpia de evaporacin que el vapor saturado seco. Contiene menos calor til.El grado de humedad del vapor se designa como ttulo o fraccin de sequedadSi el vapor tiene un ttulo de 0.90, entonces 90% de su masa ser vapor saturado seco y 10 % de su masa ser agua.EJEMPLO DE VAPOR HUMEDO

VAPOR RECALENTADO:Si se agrega calor despus que el agua ha sido evaporada aumenta la temperatura del vapor, este vapor se llama recalentamiento su temperatura ser superior a la del vapor saturado a la presin correspondiente, antes que condense y entregue en su entalpia de evaporacin debe ceder calor hasta que su temperatura iguale la temperatura de saturacin.Usualmente el vapor recalentado es la primera opcin para generacin de potencia.El vapor saturado normalmente es la primera opcin para aplicaciones de calentamiento.

RECALENTAMIENTO DEL VAPOR

Para tener una eficiente transferencia de calor hay que considerar:Tenga en cuenta que la radiacin en el sistema de distribucin causa condensado a partir de la transferencia de calor, por lo tanto, requiere de trampas de vapor (eliminndoles de condensado) en los puntos bajos de descarga por delante de las vlvulas se control, as como eliminadores al ingreso de las mquinas de consumo. En los intercambiadores de calor, las trampas realizan la funcin de extraer el condensado antes de ingresar al equipo con el fin de introducir al proceso vapor vivo y realizar el proceso de transferencia eficiente y en corto tiempo.Los factores necesarios para una correcta transferencia de calor son: Vapor seco Sin humedad Sin aireA la presin necesaria para el proceso (presin de trabajo del equipo consumidor en muchos casos a la presin de salida del caldero 100 Psi)

DIAGRAMA DE FLUJO DE UNA CALDERA

DISTRIBUCION DE COSTOS QUE INTERVIENEN EN LA GENERACION DE VAPOR

RECUPERACION DE LA ENERGIA - CICLO DEL VAPOR(EN CONSIDERACION ALA CICLO DE LA VAPOR)La energa se recupera en consideracin al ciclo real NO al ideal

EL CONDENSADO:El condensado el vapor de agua que una vez que ha entregado su energa a un proceso en forma indirecta sale del proceso pero en estado lquido a una temperatura de proceso, el cual es ENERGIA UTIL a la presin del proceso en uso.El condensado es energa en estado lquido, es decir es un fluido que por tener un diferencial de temperatura en comparacin al medio ambiente presenta un CALOR SENSIBLE de TRANSFERENCIA DE CALOR lo cual es UTIL por lo cual se tiene que recuperar (en energa generada por una inversin en costo a un uso de un combustible).

En todas las lneas y equipos de vapor siempre hay condensacin debido al gradiente trmico existente entre sus paredes interiores, en contacto con el vapor y sus paredes exteriores que estn a temperatura ambiente (tengan aislamiento o no).Mediante un sistema de recuperacin de condensado se intenta recuperar no solo la masa de agua tratada sino tambin la energa trmica contenida en ella. Para ello usamos TRAMPA DE RETORNO DE CONDENSADO.

MEDIOS DE RECUPERACION DE CONDENSACION TRAMPA DE VAPOR:Las trampas de vapor son un tipo de vlvula automtica que filtra el condensado ( es decir vapor condensado ) y gases no condensables como el aire filtra ambos fluidos sin dejar escapar al vapor. En la industria el vapor es regularmente usado para calentamiento o como fuerza motriz para generar un poder mecnico. Las trampas de vapor son usadas en tales aplicaciones para asegurar que no se desperdicie el vapor e ingrese vapor seco al proceso.

COLECTORES DE CONDENSADOFUNCION BASICA DELA LA TRAMPA DE VAPOR1. Evacuacin del condensado, sin prdida de vapor, (SEPARA LA HUMEDAD).1. Purgar el aire del sistema (SEPARA EL AIRE AISLANTE).TRAMPAS DE VAPOR Parmetros a tener en cuenta en la seleccin:1. Caudal de condensado (kg/Hr)1. Presin nominal de vapor.1. Diferencial de presin (P2-P1)1. Tipo de conexin ( roscada, soldada, bridada)1. Material. ( fierro fundido) Se recomienda que los colectores de condensado de la lnea de vapor tengan un dimetro que no sea inferior a 1/3 del dimetro de la lnea.

Tipos de trampas de vapor.1. Termodinmicos (accionada por temperatura)1. Termostticas ( por diferencial de temperaturas)1. Balde invertido (por mecanismo mecnico balde lleno)1. De flotador ( por mecanismo mecnico accin tipo boya)COLECTORES DE CONDENSADOEliminador de condensado de mquina de proceso (como drenaje)

Eliminadores de condensado en intercambiadores de calor (definidos por diferencial de temperatura)

Final de lnea de condensado en lnea de proceso (drenar a otra tronca)

Eliminador de condensado en manifold de vapor (primer lnea de retorno de condensado)

Eliminado de condensado en trayecto de lnea de proceso evitar acumular la lnea de recorrido.

PERJUICIOS DEL CONDENSADO1. Corrosin de superficies metlicas.1. Disminuye el coeficiente de transmisin de calor.1. Golpe de ariete, el condensado es recogido por el flujo de vapor en forma de partculas que pueden alcanzar velocidades altsimas hasta de 45 m/seg.Agua de recuperacin en el proceso de alimentacin hacia la caldera.El proceso de suministro a la caldera est dado por los medios:El agua de la alimentacin de la planta de tratamiento de agua: Q1 (AGUA TRATADA)(temperatura ambiente 18 C aprox)El retorno de condensado de las lneas de consumo de vapor al tanque de condensado: Q2 (AGUA TRATADA CALIENTE) Aprox 68C.Por lo cual el agua de alimentacin a la caldera est dada por un caudal: Q= Q1+Q2; esto quiere decir que mayor retorno de condensado se tiene mayor retorno de energa producida inicialmente lo cual implica un menor uso del quemador en el proceso de generacin de calentamiento desde la temperatura de alimentacin al caldero tal como T1 (60C) hasta temperatura de evaporacin tal como T2= 100C.

Q1 Q2 Q3Siguiente tablas que muestran los requerimientos que debern satisfacer el agua de alimentacin y el agua de una caldera para prevenir incrustaciones y corrosin en calderas de baja presin (hasta 10bar).PARAMETROVALOR REQUERIDO

Dureza total