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LECCION 34 CALDERAS Generalidades Antes de de introducir al estudiante en una visión general de la planta de vapor o de cualquier explicación técnica en el tema de las calderas, la generación del vapor y sus usos en la industria alimentaria, es útil considerar los múltiples usos y beneficios del vapor. El vapor ha recorrido un largo camino desde sus asociaciones tradicionales con las locomotoras y la Revolución Industrial hasta hoy época en la que el vapor es una parte integrante y esencial de la tecnología moderna. Sin él, los alimentos, los textiles, la química, la medicina, la electricidad, la calefacción y las industrias del transporte, no podrían existir o funcionar como lo hacen. Figura 110 Caldera Pirotubular El Vapor de agua proporciona un medio de transporte de cantidades controlables de energía desde las calderas automatizadas, donde puede ser eficiente y económico generarlo, hasta el punto de uso. De tal forma que puede ser considerado como el medio ideal de transporte y suministro de energía. El vapor es uno de los productos más ampliamente utilizados para el transporte de energía térmica. Su uso es muy popular en toda la industria alimentaria para una amplia gama de tareas en la calefacción y aplicaciones en este tipo de procesos. Generación de vapor Cuando el agua se calienta en una caldera, comienza a absorber energía. Dependiendo de la presión en la caldera, el agua se evaporará a una temperatura determinada para formar vapor. El vapor de agua contiene una gran cantidad de energía almacenada que finalmente será transferida al proceso a calentar. El vapor puede ser generado a altas presiones para dar a las altas temperaturas. A mayor presión, mayor es la temperatura. Más energía térmica está contenida dentro del vapor a alta temperatura por lo que su potencial para hacer el trabajo es mayor. Transferencia de calor al producto que se calienta Cuando el vapor llega a la planta, el proceso de transferencia de calor al producto que se calienta ocurre de manera eficiente presentándose la condensación del vapor gastado en el proceso de calentamiento del producto alimentario. El vapor puede rodear o se inyecta en el producto que se calienta y llenar cualquier espacio a una temperatura uniforme; con el suministro de calor por condensación a una temperatura constante, lo que elimina los gradientes de temperatura que se pueden encontrar a lo largo de toda la superficie de transferencia de calor, un problema que es a menudo característico de los aceites de alta temperatura o en el agua caliente para calefacción, y que puede resultar en serios problemas de calidad, como lo es la distorsión y deformación de los materiales a secar. Debido a sus buenas propiedades, la velocidad de transferencia de calor del vapor de agua es tan alta, que el área de transferencia de calor requerida es relativamente pequeña. Esto permite el uso de plantas compactas, que son más fáciles de instalar y ocupan menos espacio. Una moderna unidad de calefacción para el envasado de alimentos con un intercambiador de calor de vapor y además con todos los controles, sólo requiere 0,7 m² superficie. En comparación, una unidad de de un intercambiador de calor de carcasa y tubos que normalmente cubre un área de dos a tres veces ese tamaño. Muchos usuarios consideran que es conveniente el uso de vapor como fluido de trabajo tanto en calefacción y para aplicaciones de procesos. Por ejemplo, en la industria cervecera, el vapor se utiliza en una variedad de maneras en las diferentes etapas del proceso, de inyección directa a la batería de calefacción Figura 111 Flujo del vapor en una industria cervecera Hoy en día el estado de la tecnología de punta está muy lejos de la percepción tradicional de vapor de agua Inicio Unidad 1 Unidad 2 CAPITULO 4 EQUIPOS PARA CALEFACCION LECCION 31 ESTUFAS LECCION 32 HORNOS LECCION 33 HORNOS TUNELES LECCION 34 CALDERAS LECCION 35 ESTERILIZADORES CAPITULO 5 EQUIPOS PARA ENFRIAMIENTO Y REFRIGERACION CAPITULO 6 INTERCAMBIADORES DE CALOR ACTIVIDAD 2 Bibliografía y Cibergrafía Unidad 2 UNIDAD 3

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LECCION 34 CALDERASGeneralidades

Antes de de introducir al estudiante en una visión general de la planta de vapor o de cualquier explicacióntécnica en el tema de las calderas, la generación del vapor y sus usos en la industria alimentaria, es útilconsiderar los múltiples usos y beneficios del vapor.

El vapor ha recorrido un largo camino desde sus asociaciones tradicionales con las locomotoras y la RevoluciónIndustrial hasta hoy época en la que el vapor es una parte integrante y esencial de la tecnología moderna. Sin él,los alimentos, los textiles, la química, la medicina, la electricidad, la calefacción y las industrias del transporte, nopodrían existir o funcionar como lo hacen.

Figura 110 Caldera Pirotubular

El Vapor de agua proporciona un medio de transporte de cantidades controlables de energía desde las calderasautomatizadas, donde puede ser eficiente y económico generarlo, hasta el punto de uso. De tal forma que puedeser considerado como el medio ideal de transporte y suministro de energía.

El vapor es uno de los productos más ampliamente utilizados para el transporte de energía térmica. Su uso esmuy popular en toda la industria alimentaria para una amplia gama de tareas en la calefacción y aplicaciones eneste tipo de procesos.

Generación de vapor

Cuando el agua se calienta en una caldera, comienza a absorber energía. Dependiendo de la presión en lacaldera, el agua se evaporará a una temperatura determinada para formar vapor. El vapor de agua contiene unagran cantidad de energía almacenada que finalmente será transferida al proceso a calentar. El vapor puede sergenerado a altas presiones para dar a las altas temperaturas. A mayor presión, mayor es la temperatura. Másenergía térmica está contenida dentro del vapor a alta temperatura por lo que su potencial para hacer el trabajoes mayor.

Transferencia de calor al producto que se calienta

Cuando el vapor llega a la planta, el proceso de transferencia de calor al producto que se calienta ocurre demanera eficiente presentándose la condensación del vapor gastado en el proceso de calentamiento del productoalimentario. El vapor puede rodear o se inyecta en el producto que se calienta y llenar cualquier espacio a unatemperatura uniforme; con el suministro de calor por condensación a una temperatura constante, lo que eliminalos gradientes de temperatura que se pueden encontrar a lo largo de toda la superficie de transferencia de calor,un problema que es a menudo característico de los aceites de alta temperatura o en el agua caliente paracalefacción, y que puede resultar en serios problemas de calidad, como lo es la distorsión y deformación de losmateriales a secar.

Debido a sus buenas propiedades, la velocidad de transferencia de calor del vapor de agua es tan alta, que elárea de transferencia de calor requerida es relativamente pequeña. Esto permite el uso de plantas compactas,que son más fáciles de instalar y ocupan menos espacio. Una moderna unidad de calefacción para el envasadode alimentos con un intercambiador de calor de vapor y además con todos los controles, sólo requiere 0,7 m²superficie. En comparación, una unidad de de un intercambiador de calor de carcasa y tubos que normalmentecubre un área de dos a tres veces ese tamaño.

Muchos usuarios consideran que es conveniente el uso de vapor como fluido de trabajo tanto en calefacción ypara aplicaciones de procesos. Por ejemplo, en la industria cervecera, el vapor se utiliza en una variedad demaneras en las diferentes etapas del proceso, de inyección directa a la batería de calefacción

Figura 111 Flujo del vapor en una industria cervecera

Hoy en día el estado de la tecnología de punta está muy lejos de la percepción tradicional de vapor de agua

Inicio

Unidad 1

Unidad 2

CAPITULO 4 EQUIPOS PARACALEFACCION

LECCION 31 ESTUFAS

LECCION 32 HORNOS

LECCION 33 HORNOSTUNELES

LECCION 34 CALDERAS

LECCION 35ESTERILIZADORES

CAPITULO 5 EQUIPOS PARAENFRIAMIENTO YREFRIGERACION

CAPITULO 6INTERCAMBIADORES DECALOR

ACTIVIDAD 2

Bibliografía y CibergrafíaUnidad 2

UNIDAD 3

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como la materia prima en los motores de vapor y la revolución industrial. De hecho, el vapor es la opciónpreferida para la industria hoy en día; tanto así que en nueve de cada diez casos, el vapor juega un papelimportante en la producción.

ü Aplicaciones de tipo Batch: el producto que se calienta es una masa fija y un solo lote dentro de los límites deun recipiente. El fluido de proceso es confinado dentro de los límites de un recipiente. Un serpentín de vaporsituado en el recipiente calefactor, o una chaqueta de vapor alrededor del mismo, constituye la superficie decalentamiento. Ejemplos típicos son sistemas calefactores de de agua, como se muestra en la Figura 108 ytanques de almacenamiento de petróleo, donde un gran tanque grande de acero circular lleno con un aceiteviscoso requiere de calor antes de ser bombeado.

Figura 112 Calefactor con vapor para almacenar agua caliente

Algunos procesos se refieren al calentamiento de sólidos ejemplos típicos son las prensas de neumáticas,máquinas de planchar ropa, y autoclaves.

En algunas aplicaciones de tipo Batch, el tiempo para calentar el proceso no es importante y se ignora. Sinembargo, en otros, como tanques y vulcanizadoras, no sólo puede ser importante, sino además crucial para elproceso en general.

ü Aplicaciones de tipo flujo: Ejemplos típicos de este tipo de aplicaciones son los intercambiadores de tubo ycoraza, ver Figura 109 los intercambiadores de placas y otros tipos de intercambiadores, que se mas adelanteexplican en este texto con detalle en cuanto a su funcionamiento, en el suministro de agua caliente parasistemas de calefacción o para procesos industriales.

Otro ejemplo es el de una batería calefactora de aire donde el vapor cede su calor al aire que está en constantecirculación

Figura 113 Sistema de intercambio de calor con vapor y agua

Ø Vapor sobrecalentado

Para agregar más energía, aumentar la temperatura y la presión del vapor y por lo tanto su capacidad parahacer trabajo se añaden Recalentadores a l las calderas estándar.

El vapor sobrecalentado se utiliza generalmente para manejar motores y turbinas, por su alta presión.

Aunque no es el medio ideal para la transferencia de calor, el vapor sobrecalentado a veces se utiliza para lacalefacción de proceso en plantas de vapor de todo el mundo, sobre todo en la producción de aceites.

El vapor sobrecalentado se enfría a temperatura de saturación antes de que se pueda condensar para liberar suentalpía de evaporación.

La cantidad de calor cedido por el vapor sobrecalentado a medida que se enfría a temperatura de saturación esrelativamente pequeña en comparación con su entalpía de evaporación.

Si el sobrecalentamiento del vapor es de sólo unos pocos grados, esta pequeña cantidad de calor serárápidamente liberada antes de que se condense. Sin embargo, si el vapor presenta un alto grado derecalentamiento, puede tomar un tiempo relativamente largo para enfriarse, tiempo durante el cual el vaporlibera muy poca energía, cediendo su calor sensible hasta llegar a a su estado de vapor saturado.

Ø El Vapor estrangulado

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Hay casos donde el vapor se utiliza como un material de proceso en que la presencia de recalentamiento puedereducir el rendimiento de un proceso.

Uno de esos procesos puede implicar que se imparta humedad al producto desde vapor que se condensa, comopor ejemplo, el acondicionamiento de la alimentación animal (comida).

Para este proceso, la humedad proporcionada por el vapor de agua es esencial, el vapor sobrecalentado secaen exceso la comida y hace difícil su pelatización.

Los efectos de la reducción de la presión de vapor además de la utilización de un intercambiador de caloradicional (generalmente llamado "sobrecalentador"), a efectos de un sobrecalentamiento que es impartido alvapor, y permitir que se expanda a una presión más baja a medida que pasa a través del orificio de una válvulareductora de presión.

A esto proceso se le denomina de estrangulación el cual que tiene la misma entalpía que el vapor de altapresión (aparte de una pequeña cantidad perdida debido a la fricción, por el paso, a través de la válvula).

Sin embargo, la temperatura del vapor estrangulado siempre será menor que la del vapor de suministro.

El estado del vapor estrangulado dependerá de:

La presión del suministro de vapor.El estado del suministro de vapor.La caída de presión en la de válvula orificio.

Calculo de un sistema de suministro de vapor

El diseño óptimo de un sistema de vapor dependerá en gran medida de la precisión con la que se ha establecidola tasa de consumo de vapor de la instalación de proceso alimentario.

Esto permitirá establecer el tamaño adecuado de tubería, los accesorios tales como válvulas de control y lastrampas de vapor pueden ser dimensionados de forma precisa.

- Cálculo de la demanda de vapor

o Mediante Cálculo

La demanda de vapor de la planta se puede determinar mediante una serie de métodos diferentes: Al analizar laproducción de calor en un elemento de la planta usando las ecuaciones de transferencia de calor, puede serposible obtener una estimación del consumo de vapor.

Aunque la transferencia de calor no es una ciencia exacta y puede haber muchas variables desconocidas, esposible utilizar datos experimentales previos de otras aplicaciones similares.

Los resultados conseguidos con este método son por lo general lo suficientemente precisos para la mayoría delos casos.

o Mediante Medición

El consumo de vapor puede ser determinado por la medición directa, utilizando equipos de medición de caudal.Este método proporcionará datos relativamente exactos sobre el consumo de vapor para una planta yaexistente. Sin embargo, para una planta que se encuentra todavía en la etapa de diseño, o no está enfuncionamiento, este método es de poca utilidad.

o Índice Térmico

El Índice Térmico (o Índice de diseño) aparece a menudo en la placa de características de un elemento de laplanta, según lo previsto por los fabricantes.

Estas Índices por lo general expresan la salida de calor previsto en Kw, pero el consumo de vapor requerido enkg/h depende de la presión del vapor recomendada.

- Cálculo

En la mayoría de los casos, el calor de vapor de agua es requerido para realizar dos tareas:

o Para producir un cambio en la temperatura de un producto, es decir proporciona un calentamiento de uncomponente del proceso

o Para mantener la temperatura del producto en forma de calor que se pierde por causas naturales o por sudiseño

En cualquier proceso de calentamiento, el componente "de calentamiento" descenderá a medida que aumenta latemperatura del producto, y se reduce la diferencia de temperatura entre el serpentín de calentamiento y elproducto.

Sin embargo, el componente de pérdida de calor se incrementará a medida que aumenta la temperatura delproducto y más calor se perderá al medio ambiente desde los recipientes o las tuberías.

La demanda total de calor en cualquier momento, es la suma de estos dos componentes.

La ecuación utilizada para establecer la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una sustanciapara aplicar a una serie de procesos de transferencia de calor es

Q = mcpΔT (37)

Figura 114 Perfil típico de temperatura en un intercambiador de calor con vapor

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En su forma original, esta ecuación se puede utilizar para determinar la cantidad total de energía térmicadurante todo el proceso.

Sin embargo, en su forma corriente, no tiene en cuenta la tasa de transferencia de calor. Para establecer lastasas de transferencia de calor, los diferentes tipos de aplicaciones de intercambio de calor se pueden dividir endos grandes categorías.

La Figura 8.20 proporciona un perfil típico de temperatura en un intercambiador de calor con un caudal constantede fluido a calentar.

La temperatura de condensación (Ts) del vapor se mantiene constante a lo largo del intercambiador de calor. Elfluido se calienta desdeT1 en la válvula de entrada hasta T2 a la salida del intercambiador de calor.

La ecuación de balance donde hay un flujo continuo de líquido se puede construir para un estado estacionario ysuponiendo un proceso adiabático de la siguiente forma:

Calor en el Lado caliente = Q = Calor en el Lado Frio

ms hfg= Q = m Cp ΔT (38)

Donde:

ms = Flujo másico de vapor a través del intercambiador (Lado Caliente) tasa promedio de consumo de vapor(kg/s)

hfg = Entalpía específica de la evaporación del vapor de agua (kJ/kg)

Q = Tasa media de transferencia de calor (Kw ó (kJ/s))

m = Flujo másico de vapor a través del intercambiador (Lado Frio) (kg/s)

Cp = calor específico del fluido frio (kJ/kg °C)

ΔT = Aumento de temperatura del fluido Frio (° C)

Ø Consumo medio de de vapor

El consumo medio de vapor para un tipo de flujo como un intercambiador de calor de proceso continuo o unacumulador de calefacción se puede determinar a partir de la ecuación 32, tal como se presenta en la ecuación33

ms = m Cp ΔT (39)

hfg

Ø Tasa de transferencia de calor

La diferencia de temperatura tiene efecto significativo sobre la tasa de transferencia de calor a través de lasuperficie de transferencia de calor, como se ve claramente por la ecuación 31

Q = U A ΔT (40)

Donde:

Q = Calor transferido por unidad de tiempo (W)

U = Coeficiente Global de transferencia de calor) (W/m2 ° C)

A = área de transferencia de calor (m2)

ΔT = Diferencia de temperatura entre el fluido frio y Caliente (° C)

La ecuación 34 también muestra que la transferencia de calor dependerá de 'U' el coeficiente global detransferencia de calor, y el área de transferencia de calor 'A'.

Descripción de la Caldera

Figura 115 Esquema de una caldera con sus partes internas

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En la década de los 50 del siglo pasado, el Ministerio de combustible y energía del Reino Unido patrocinó unainvestigación en procura de mejorar el diseño de las calderas. El resultado de esta investigación fue la calderaempacada, como resultado su desarrollo dio origen a un diseño de tres pasos de humos con uso de derivadosdel petróleo en lugar de carbón.

La caldera empacada se llama así porque se trata como un paquete completo con quemador, controles de nivel,bomba de alimentación y todos los accesorios necesarios para el normal funcionamiento de la caldera. Una vezentregada en el sitio de trabajo, sólo requiere de las tuberías de vapor, agua, de purga, el suministro decombustible y las conexiones eléctricas necesarias para su operación; se incorporó el concepto de la necesidady el alto rendimiento de los modernos materiales de aislamiento, y la utilización de la mínima cantidad deespacio necesario para la sala de calderas, y por lo tanto, aumentar el espacio disponible para otros fines.

ü Generación Volumétrica de calor (Kw/m³)

Este factor se calcula dividiendo la Energía total suministrada a la caldera por el volumen de agua en la caldera,el cual efectivamente relaciona la cantidad de vapor de agua liberada a carga máxima, por la cantidad de aguapresente en la caldera. Cuanto menor sea este valor, mayor es la cantidad de reserva de energética en lacaldera.

ü Tasa de liberación de vapor (kg/m² s)

Este factor se calcula dividiendo la cantidad de vapor producido por segundo por el área plana Horizontal delagua en la Caldera. Cuanto menor sea este número, mayor será la oportunidad de que las partículas del vaporse separen del agua y se produzca el vapor seco.

En momentos de rápido aumento de la carga en el proceso, la caldera experimenta una reducción de la presión,que a su vez, significa que se reduce la densidad del vapor de agua, e incluso a mayores tasas de salida devapor, progresivamente se exportan cantidades de vapor más húmedas desde la caldera..

Unidades de más de tres pasos de transferencia de calor, son potencialmente más térmicamente eficientes, peroel tipo de combustible y las condiciones de funcionamiento puede impedir su uso.

Cuando en este tipo de unidad se da baja demanda de vapor y por tanto de combustibles de aceite combustiblepesado o carbón, Como resultado, la salida de la temperatura del gas de combustión puede caer por debajo delpunto de rocío ácido, provocando la corrosión de los conductos y la chimenea y, posiblemente, de la propiacaldera

Las Calderas modernas son compactas y eficientes en su diseño, con varios pasos de intercambio de calor;agregado a la tecnología de quemador eficiente para la transferencia de un porcentaje muy elevado de laenergía contenida en el combustible en el agua, con un mínimo de emisiones.

Fundamentos de la operación de las calderas

En un principio las calderas eran simples tanques de hierro sobre un hogar de leña, las calderas modernasutilizan un tubo de fuego o el diseño de tubo de agua. Cualquier tipo incorpora una cámara de combustión en losque están continuamente de combustible y aire introducido y se queman. Los gases de combustión calientes seutilizaban para calentar el interior o exterior de un tubo.

Figura 116 Diagrama General de una caldera y sus instalaciones

Las calderas de vapor generan el vapor mediante la conversión de energía térmica a partir de la combustión decombustibles, los reactores nucleares, la luz solar concentrada o calor residual de otros procesos.

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Tipos de calderas

Existen dos tipos básicos: Calderas Pirotubulares, Calderas Acuatubulares

Ø Calderas Pirotubulares: las cuales consisten en una caldera que contiene el agua a evaporar en la carcasa, ypor los tubos horizontales se transporta los gases calientes de combustión. El calor pasa desde el interior deltubo hacia el agua por la parte exterior del tubo.

Puede haber varios pasos de tubos paralelos, los gases se mueven desde la cámara de combustión de ida yvuelta para ceder su calor y salir finalmente por la chimenea directamente o pasar previamente a través de unsistema de recuperación de calor, el cual precalienta el aire que entra en combustión en el hogar de la calderacon el combustible.

Las calderas Pirotubulares presentan diferentes tipos de combinaciones de diseño que involucran el número depasos que el calor de los humos provenientes de la quema del combustible en el hogar de la caldera, cede alagua antes de que estos sean descargados a la atmósfera. La Figura 113 muestra una configuración típica decaldera de dos pasos, donde muestra un primer paso al momento de la quema del combustible y la formaciónde los humos, en un conducto el cual está rodeado de agua y ceden calor al agua y luego en el segundo pasopor el juego de tubos de que está constituida la caldera para transferir el calor al agua contenida en la carcasa;la diferencia entre los dos tipo de caldera que se presenta en la Figura, consiste en el movimiento de los gasesentre los dos pasos en un caso se realiza a través de un conducto periférico externo y el otro a través de unconducto interno en la caldera

Figura 117 Configuración interna de una caldera Pirotubular

Es importante señalar que los gases de combustión deben ser enfriados a menos 420 °C antes de entrar en lacámara o conducto entre los dos pasos. Temperaturas superiores pueden producir un sobrecalentamiento y porconsiguiente agrietamientos de las placas que soportan el haz de tubos del segundo paso de transferencia decalor.

Ø Caldera económica (en dos pasos, de vuelta en seco)

La caldera económica de dos pasos es tan sólo la mitad del tamaño de una equivalente de calderas tipoLancashire y presenta mayor eficiencia térmica.

El cuerpo de la caldera es cilíndrico, con dos tubos de gran calibre que actúan como cámara de combustiónprincipal. Los humos calientes pasan desde los dos tubos del horno por la parte trasera de la caldera a través deuna cámara en ladrillo refractario e ingresan a una serie de tubos de pequeño diámetro los cuales presentan unagran superficie de calor en contacto externo con el agua.

Los gases de combustión salen de la caldera por la parte delantera y un ventilador de tiro inducido, los hacepasar a la chimenea.

Figura 118 Caldera económica

Ø Calderas Acuatubulares: Normalmente el agua está retenida en tubos verticales, que se extienden desde laparte inferior de la caldera hasta la parte superior de la caldera, por donde sale el vapor al colector.

Estos por lo general se encuentran ubicados alrededor de la cámara de combustión en varias capas. Como seforman burbujas de vapor, se levantan desde la parte inferior hasta la parte superior, por donde el vapor sale al

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colector.

Los sistemas de recuperación de calor son eficaces debido a que prácticamente pueden eliminar los costos depurga, el retorno de condensado a la caldera y contribuyen a la eficiencia global del ciclo de vapor ycondensado.

El control de vapor en la caldera

Debido a la relación directa entre la presión y la temperatura del vapor saturado, la cantidad de absorción deenergía en el proceso es fácil de controlar, simplemente controlando la presión de vapor saturado.

Los controles modernos de vapor están diseñados para responder rápidamente a cambios en el proceso.

El elemento que se muestra en la Figura 8.24 es una válvula de control típica de dos puertos de actuadorneumático, diseñada para su uso en vapor. Su precisión se ve garantizada por el uso de un posicionador deválvula neumática.

La mayoría de los controles de vapor de agua son capaces de interactuar con instrumentos modernos en red ysistemas de control para permitir un control centralizado, como en el caso de un sistema SCADA o un sistemade Gestión/Energía. Si el usuario lo desea, los componentes del sistema de vapor también se pueden operar demanera independiente (autónomo).

Figura 119 Válvula de control de flujo del vapor de una caldera

En muchos casos, se ha demostrado que es mucho menos costoso operar las plantas de vapor con unsofisticado control y sistemas de monitoreo, que sustituirlo por un método alternativo de suministro de energía,tales como un sistema descentralizado de gas de res industrial o domiciliaria.

La clave para el diseño de la caldera es el mantenimiento de la presión del vapor potencialmente de altopeligroso dentro de la caldera debido a la generación de temperaturas extremadamente altas.

Se requiere por lo tanto una especial atención a los materiales de fabricación de la caldera, extremo cuidado delas técnicas de construcción, y rigurosos procedimientos operativos, tales como puesta en marcha, calentamiento y enfriamiento de la caldera.

Ø Medidor de caudal de vapor

El medidor de caudal de vapor puede ser utilizado para medir directamente el uso de vapor de un elementooperativo de la planta; puede ser usado para monitorear los resultados de los planes de ahorro de energía ycomparar la eficiencia de un elemento de la planta con otra. Sólo en casos relativamente raros que un medidorno puede medir el flujo de vapor.

Se debe tener cuidado, sin embargo, para asegurarse de que la presión del vapor se considera vigente y que nohay otro factor de calibración se ha descuidado.

Figura 120 Medición de caudal de vapor

Ø Bomba de condensados

Un método menos exacto para calcular el consumo de vapor es la incorporación de un contador en el cuerpo deuna bomba de desplazamiento positivo para bombear el condensado del proceso.

Cada carrera de descarga se ha registrado, y una estimación de la capacidad de cada carrera se utiliza paracalcular la cantidad de vapor condensado en un período de tiempo determinado.

Figura 121 Bomba de condensados

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Elementos auxiliares de la caldera

La caldera requiere de una serie de elementos auxiliares para su normal funcionamiento, los cuales encondiciones de funcionamiento y de mantenimiento normales le confieren a la misma seguridad operativa y leaseguran vida operativa prolongada.

Ø Sistema de recolección de condensados

Anteriormente estos se desechaban como aguas residuales, a raíz del incremento en el precio de loscombustibles y la necesidad de preservar el medio ambiente las calderas modernas disponen de sistemas derecolección de condensados que retornan al ciclo de producción de vapor de la Caldera. El consumo de vaportambién se puede establecer directamente, mediante la medición de la masa de condensado recogido en untambor durante un período de tiempo. Esto puede proporcionar un método más preciso que el uso de cálculosteóricos si las pérdidas de vapor flash (que no son tomados en cuenta) son pequeñas, y puede trabajar tantopara aplicaciones de tipo no- flujo y el flujo. Sin embargo, este método no puede ser utilizado en aplicaciones deinyección de vapor directo, humidificación y procesos de esterilización, donde no es posible recoger elcondensado.

Si el sistema de retorno de condensados incluye un depósito de recogida y la bomba, puede ser posible paraparar la bomba durante un tiempo y medir el volumen de condensado por inmersión con cuidado en el tanqueantes y después de un período de prueba. Se debe tener cuidado, sobre todo si el cambio de nivel es pequeño osi se producen pérdidas debido a escapes de vapor.

Ø El combustible de la caldera

El combustible de la caldera se puede elegir de una variedad de opciones, incluidos los residuos combustibles,lo que hace de la caldera de vapor una opción ecológicamente racional entre las opciones disponibles paraproporcionar calor.

Ø Tipos de Combustibles

Los tres tipos más comunes de combustible utilizado en las calderas de vapor, son el carbón, petróleo y gas. Sinembargo, los residuos industriales o comerciales, también se utilizan en ciertas calderas.

o El Carbón: es el término genérico dado a una familia de combustibles sólidos con un alto contenido decarbono. Hay varios tipos de carbón dentro de esta familia, cada una relacionada con las etapas de formacióndel carbón y la cantidad de contenido de carbono.

Estas tipos de Carbones son las siguientes:

Turba.LignitoBituminoso.Semibituminoso.Antracita.

Los tipos de bituminoso y antracita tienden a ser utilizado como combustible de calderas. El uso del carbón estáen declive tanto en Hornos como en calderas pirotubulares.

Las razones, son: Disponibilidad y costo: el Carbón es cada vez mas costoso y escaso

Velocidad de respuesta a los cambios de carga: Para superar este retraso, las calderas diseñadas para carbónnecesitan contener más agua a la temperatura de saturación para proporcionar la reserva de energía para cubrirese lapso de tiempo. Esto, a su vez, significa que las calderas son más grandes, y por lo tanto mayor el costo decompra, y ocupan más espacio valioso de fabricación en planta.

Se producen Cenizas cuando se quema el carbón: La ceniza puede ser difícil de retirar, por lo general implicanla intervención manual y una reducción en la cantidad de vapor de agua disponible, mientras el retiro de cenizasse lleva a cabo.

Sistema de Alimentación del Carbón: Existen diferentes como fogoneros paso a paso, aspersores y fogoneros,parrilla de la cadena. El tema en común es que todos ellos necesitan mucho mantenimiento.

Emisiones: El carbón contiene un promedio de 1,5% de azufre (S) en peso, pero a puede llegar al 3%,dependiendo de donde se extraiga el carbón.

o Crudo de Petróleo: como combustible de calderas se crea a partir de los residuos producidos a partir depetróleo crudo después de que se ha destilado para producir aceites más ligeros como la gasolina, parafina,queroseno, diesel o gasoil. Diversos grados están disponibles, cada uno adecuado para diferentesclasificaciones de la caldera, los grados son los siguientes:

Clase D - diesel o gasóleo.

Clase E - aceite ligero.

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Clase F - fuel oil medio.

Clase G - fuel oil pesado.

Las ventajas sobre el carbón incluyen:

Una respuesta más cortos de tiempo entre la demanda y la cantidad necesaria de vapor que se genera.

El menor tamaño también significa que la caldera ocupa menos espacio de producción.

Eliminación de Alimentadores mecánicos, lo que reduce la carga de trabajo de mantenimiento.

Contiene sólo trazas de ceniza, lo que elimina el problema de manejo de cenizas

Eliminación.de las dificultades surgidas en la recepción, almacenamiento y manejo de carbón

o Gas: es una forma de combustible de la caldera que es fácil de usar, con muy poco exceso de aire.

Los Gases combustibles están disponibles en dos formas diferentes:

El gas natural: Se utiliza en su estado natural, (a excepción de la eliminación de impurezas), y contiene una altaproporción de metano.

Gas licuado del petróleo (GLP) - Estos son gases que se producen a partir de la refinación de petróleo y sealmacenan bajo presión en estado líquido hasta su uso.

Las formas más comunes de GLP de propano y butano.

Las ventajas de la combustión a gas más de gasóleo son: El Almacenamiento del combustible no es unproblema, el gas es conducido directo a la sala de calderas.

Sólo una pequeña cantidad de azufre está presente en el gas natural, lo que significa que la cantidad de ácidosulfúrico en los gases de combustión es prácticamente cero.

Ensuciamiento de la caldera

El ensuciamiento es causado por la formación de depósitos en la superficie de transferencia de calor añadiendouna resistencia al flujo de calor.

Muchos de los líquidos proceso pueden depositar los lodos o la cenizas en las superficies de calefacción, y lohará a un ritmo más rápido a temperaturas más altas.

Además, el vapor sobrecalentado es un gas seco. El calor que fluye desde el vapor a la pared de metal y debepasar a través de las películas estáticas adheridas a la pared, que oponen resistencia el flujo de calor.

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