calderas

Facultad De Ingeniería En Industrias Alimentarias - UNCP

ING.M.SC. Rafael Acosta López termodinámica

INFORME DE CALDERAS

Universidad Nacional del Centro del Perú

Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias

Termodinámica

Catedrático: M.SC. Edgar Rafael ACOSTA LOPEZIntegrantes : LEDESMA VILCAS RENZO

SAMANIEGO RIMACHE SHARON VALDIVIESO TOMAS MARLHID

http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.definicionabc.com/wp-content/uploads/laboratorio_algete-361x500.jpg&imgrefurl=http://www.definicionabc.com/ciencia/laboratorio.php&usg=__Ng6MwanFTnqcU5u9y2nrdyvBv94=&h=500&w=361&sz=48&hl=es&start=26&um=1&tbnid=01Mvzimg6f89wM:&tbnh=130&tbnw=94&prev=/images%3Fq%3Dlaboratorio%26ndsp%3D20%26hl%3Des%26sa%3DN%26start%3D20%26um%3D1


INTRODUCCION

En ingeniería el uso de una caldera es importante, pues este es un dispositivo

diseñado para generar vapor saturado a través de una transferencia de calor

que se da a presión constante. Siendo posible la utilización del vapor generado

en diferentes procesos en la industria alimentaria, tales como la esterilización,

calefacción, pasteurización, cocción, también para generar electricidad. El uso

de las calderas además también es importante en la industria petrolera para

calentar el petróleo pesado y así mejorar su fluidez.

Desde el invento de la máquina hasta nuestros días, se ha desarrollado una

gran variedad de calderas. Entre la primitiva caldera cilíndrica sencilla a carbón

y la más moderna caldera atómica, existe una amplia gama de calderas,

adecuadas para cubrir las diferentes necesidades o demandas.

En este módulo sólo veremos los tipos de calderas más comunes más usuales

en nuestras industrias, presentando en forma esquemática las clasificaciones

básicas de ellas.

Aparte de conocer la clasificación de las calderas, es importante que el

Operador de caldera conozca a fondo sus partes principales. El conocimiento

de la ubicación de cada una de estas partes, sus detalles principales de

construcción, su función, etc, le permitirán un mejor manejo del equipo.

OBJETIVO:

Dar a conocer el proceso de funcionamiento de la caldera del comedor de la

Universidad Nacional del Centro del Perú.



REVISION BIBLIOGRAFICACALDERA

El Decreto No 48/84 Reglamento de Caldera define Caldera como un recipiente metálico en el que se genera vapor a presión mediante la acción del calor.Una definición más completa sería:Caldera es un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua, mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica.

GENERADORES DE VAPORLos generadores de vapor o calderas, son recipientes que trabajan a presión, para transferir calor de la combustión, a un fluido, siendo la más común la conversión del agua en vapor. Las fuentes de calor más usadas son:

Carbón, Combustibles líquidos o gaseosos. Cascarillas, papel, madera, etc. Gases calientes de procesos industriales.

CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERASLas calderas se clasifican según:

Presión y temperatura de trabajo. Tipo y forma de quemar el combustible. Por el tipo de paso de humos.


Clasificación por Presión

Baja Presión15 psi – 60 psi

Media Presión60 psi – 150

psi

Alta Presión150 psi – 250

psi

Clasificación por el Tipo de Combustible

Sólido

Carbón, Bagazo, Cascarilla de Arroz, Aserrín, Basuras y

otros

Líquido

Crudo de CastillaFuel OilACPM

Keroseno

Gaseoso

Gas NaturalGas Propano GLP

Gas Butano


(www.fidena.edu.mx/biblioteca)

CALDERAS PIROTUBULARES

Las calderas pirotubulares están provistas de unos tubos a través de cuyo interior circulan los gases de combustión, estando rodeados de agua por el exterior. Los tubos se instalan normalmente en la parte inferior de un tambor sencillo, debajo del nivel de agua, de forma que nunca estén secos.


La Forma de Quemar el Combustible

Caldera de Carbón

Carbón Pulverizado Parrilla EstáticaLecho Fluidizado

Calderas de Combustible Líquido

Presión mecánicaBaja presión de

atomizaciónAlta presión de

atomizaciónKeroseno

Calderas de Combustible Gaseoso

Gas premezclado Mezcla en boquilla

Atmosféricos

Paso de los Humos

Calderas Acuatubular

esCalderas

Pirotubulares


Las calderas pirotubulares pueden ser horizontales o verticales. En las primeras, prácticamente todo el espacio del cilindro de la caldera está ocupado por tubos, el volumen del vapor se ha reducido al mínimo, usándose un domo para su recolección. Todos los tubos se encuentran sumergidos, para evitar así las tensiones que se originan en los tubos secos La caldera vertical se emplea fundamentalmente cuando existen problemas de espacio. Estas calderas son adecuadas en instalaciones con, presiones de trabajo inferior a unos 20 bar y capacidad de producción menor de las 20 t/h. Debido al gran volumen de agua que almacenan, presentan el inconveniente de tener un tiempo largo de puesta en régimen.

CALDERAS ACUOTUBULARES

Los productos de la combustión rodean usualmente los tubos y el agua esta en el interior de éstos que se inclinan hacia un recipiente o domo en el punto más alto de la Caldera. Las configuraciones de estos tubos describe por lo general el tipo de Caldera.Se suministran en aplicaciones industriales con capacidades hasta un millón de Ibs de vapor por hora. Las presiones de diseño varían desde 100 psig hasta 1200 o 1400 psig con temperaturas de vapor que varían desde la saturación hasta 540°C.

PARTES PRINCIPALES DE LAS CALDERAS



(www.araucaniasur.com)

FUNCIONAMIENTO

Funcionan mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente metálico. En toda caldera se distinguen dos zonas importantes:

*Zona de liberación de calor o cámara de combustión: es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metálico.

-Interior: la cámara de combustión se encuentra dentro del recipiente metálico o rodeado de paredes refrigeradas por agua.

-Exterior: cámara de combustión constituida fuera del recipiente metálico. Está parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua.

La transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiación (llama-agua).

*Zona de tubos: es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por convección (gases-aguas). Está constituida por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

Accesorios para el funcionamiento seguro

Las calderas deben poseer una serie de accesorios que permitan su utilización en forma segura, los que son:



Accesorios de observación: dos indicadores de nivel de agua y uno o más manómetros. En el caso de los manómetros estos deberán indicar con una línea roja indeleble la presión máxima de la caldera.

Accesorios de seguridad: válvula de seguridad, sistema de alarma, sellos o puertas de alivio de sobre presión en el hogar y tapón fusible (en algunos casos). El sistema de alarma, acústica o visual, se debe activar cuando el nivel de agua llegue al mínimo, y además deberá detener el sistema de combustión.Las calderas de vapor, básicamente constan de 2 partes principales:

Cámara de agua:

Recibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera.

El nivel de agua se fija en su fabricación, de tal manera que sobrepase en unos 15 cms por lo menos a los tubos o conductos de humo superiores.

Con esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua.

Según la razón que existe entre la capacidad de la cámara de agua y la superficie de calefacción, se distinguen calderas de gran volumen, mediano y pequeño volumen de agua.

Las calderas de gran volumen de agua son las más sencillas y de construcción antigua.

Se componen de uno a dos cilindros unidos entre sí y tienen una capacidad superior a 150 H de agua por cada m2 de superficie de calefacción.

Las calderas de mediano volumen de agua están provistas de varios tubos de humo y también de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la superficie de calefacción, sin aumentar el volumen total del agua.

Las calderas de pequeño volumen de agua están formadas por numerosos tubos de agua de pequeño diámetro, con los cuales se aumenta considerablemente la superficie de calefacción.

Como características importantes podemos considerar que las calderas de gran volumen de agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión del vapor y el nivel del agua, pero tienen el defecto de ser muy lentas en el encendido, y debido a su reducida superficie producen poco vapor. Son muy peligrosas en caso de explosión y poco económicas.

Por otro lado, la caldera de pequeño volumen de agua, por su gran superficie de calefacción, son muy rápidas en la producción de vapor, tienen muy buen rendimiento y producen grandes cantidades de vapor. Debido a esto requieren especial cuidado en la alimentación del agua y regulación del fuego, pues de faltarles alimentación, pueden secarse y quemarse en breves minutos.



Cámara de vapor.

Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en ella debe separarse el vapor del agua que lleve una suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente también la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor.

(www.ingenieriaquimica.org)

TRATAMIENTO DE AGUA

La caldera cuenta con una ablandadora de agua, debido a que la calidad de las aguas de alimentación de una caldera repercuten directamente en el rendimiento de la fuente, es decir, en el rendimiento de combustión (hc ) y en el rendimiento en la generación de vapor (hv ) y además, sobre la vida útil de muchos elementos que forman parte del equipo de la caldera. Por ejemplo:

La acumulación de lodos en los tubos, dificulta la transferencia de calor, resultando un sobrecalentamiento de los mismos

La corrosión de los tubos es el resultado de la mala regulación del pH de las aguas y además, del exceso de oxígeno disuelto en las aguas de la caldera, principalmente cuando la bomba de retorno de agua no ha sido “bien purgada”, generando la presencia de bolsones de aire.

La presencia de sales en suspensión, es decir, sales que no han encontrado la condición química para flocularse y decantar, o bien, para depositarse como durezas. Estas sales, junto a la presencia de sustancias orgánicas (grasas y aceites) conllevan a la formación de espumas.

Todo lo anterior se soluciona al agregarle, al agua de alimentación de la caldera, las cantidades adecuadas de productos químicos necesarios para abatir la formación de lodos, ajustar el pH, flocular los sólidos en suspensión y, ser posteriormente eliminados a través de las “purgas”.

(www.eurotherm.es)


http://www.ingenieriaquimica.org/



SEGUIMIENTO DE LA CALDERA DEL COMEDOR

DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO

DEL PERU


SISTEMA DE ALIMENTACION DE AGUAEstá compuesto de una bomba de alimentación (permite el ingreso del agua) y de la zona de tratamiento

Sistema de gases calientes o de combustión

Los tubos están en forma horizontal, donde circulan los gases calientes.

El quemador, donde se junta el combustible con el aire, funciona con petróleo, donde se presenta un ciclo diésel, donde el encendido es por chispa electrónica para producir el fuego.

TABLERO DE CONTROL

FUENTE PROPIA: Figura 1



Tablero de control


Luego ingresa el agua a la caldera, donde se calienta y luego se vaporiza. Para que después los gases de combustión salgan por la chimenea de combustión, donde se regula la entrada y salida de los gases calientes.


La tubería negra forrada con una cubierta blanca, la cual es de un material fibra de vidrio, el cual actúa como aislante, para evitar que baje la temperatura y presión en el trayecto

Salida de vapor de agua

Los vapores de agua son controlados por instrumentos de control, como el manómetro que controla la presión, para lo cual ingresa al CABECERO donde ese acumula el vapor de agua, donde se estrangula el vapor para bajar la presión.

Zona de tratamiento de agua

Se ablanda el agua en los tanques de ablandamiento de agua (donde está la resina catiónica), por donde ingresa el agua y recircula, para quitarle la dureza al agua y formar el agua blanda, pero antes de recircular el agua se echa cloruro de sodio en el tanque para activar el ion cloro y sodio para activar la resina, y posteriormente recién empezar hacer ingresar el agua que se va ablandar y empezar con la recirculación del agua

Luego el agua blanda va hasta un dispositivo donde es succionado el agua por una bomba centrifuga, donde luego descarga a la caldera agua líquida.

Método cualitativo para determinar si el agua esta blanda o dura:




Llena en un frasco el agua hasta un tercio. Para iniciar el experimento, agrega 1/4 de cucharadita de jabón al frasco y agitarlo.

El agua si es blanda, tendrá más espuma de jabón (2 a 3 cm de altura de espuma y permanecerá de 1 a 2 min) significa que el agua tiene 5 ppm de dureza el cual es considerado como agua blanda, y además significa que tiene la menor cantidad de minerales.

El agua si es dura tendrá la menor cantidad de espuma debido a que posee muchos minerales, el aspecto de esta es blanco y turbio debido a que el jabón se adhiere a los minerales en vez de formar espuma.



Tanque de ablandamiento



VAPORES DE AGUA DE LA CALDERA

De las calderas sale vapor de agua que se va al comedor para las ollas de cocción, para calentamiento y ebullición, ese vapor de agua no se pierde, solo una parte utilizan para limpieza y desinfección, lo demás retornan por tuberías, en el trayecto se va enfriando y va llegar a un lugar donde se acumulan (tanques o condensadores), donde el agua caliente se suministra a la caldera y así se ahorra combustible y energía. Si no es suficiente para que funciones la caldera se hace uso de agua fría blanda, se mezclan agua fría y caliente antes de la bomba para que sea succionada por la bomba y alimentada a la caldera.

NORMAS DE COLOR EN SISTEMAS

Rojo: peligro


Negro: donde hay circulacion de vapor de agua




Verde nilo: agua ablandada


Amarillo: donde hay combustible


Plateado: gases calientes




SITEMA ELECTRICO DE CALDERA




CONCLUSIONES

El tratamiento de agua es fundamental en la vida útil, la prevención de

accidentes y la operación eficiente de las calderas.

La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para

generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de

calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en

estado líquido, se calienta y cambia su fase.

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas

un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de

fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en

parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.



RECOMENDACIONESAntes de operar un caldero hay que tener presente leer el dimensionamiento del equipo proporcionado por el fabricante para evitar accidentes en el área de trabajo.Deberá haber un mantenimiento continuo de las calderas, para mantener su buen funcionamiento. Debemos recordar que el agua de alimentación de la caldera siempre debe ser tratada previamente para evitar daños en los equipos de la planta de operaciones que utilizan vapor.

Para evitar accidentes por explosiones de calderas deberán ser controlados permanentemente los siguientes elementos:

Chequear y observar el funcionamiento de las bombas de alimentación de agua

Revisar el funcionamiento de quemadores, y estar atentos a cualquier anomalía

Observar presión indicada en los manómetros, teniendo presente que en ningún momento debe sobrepasar la presión máxima de trabajo.

Chequear la temperatura de los gases de combustión, así como también la temperatura del agua de alimentación.

Estar atento a cualquier ruido u olor extraño a los normales. Accionar válvulas de seguridad Accionar gráficos de pruebas con el objeto de descartar los niveles de

agua falsos. Purgar columna del control automático del agua. Realizar análisis químico de alimentación y el agua de la caldera. Mantener sala de calderas en perfectas condiciones de aseo y orden. Dosificar productos químicos: anticrustante, neutralizante y secuestrador

de oxígeno. Eliminar cualquier ingreso de aire que no intervenga en la combustión y

solo contribuirá a diluir los contaminantes



CUESTIONARIO1.- ¿Qué otros aislantes térmicos existen para tuberías de vapor?

Coquillas de Espuma Elastomérica

La espuma elastomérica es un aislamiento térmico formado por caucho sintético, y con estructura celular cerrada. Se presenta en forma de coquillas, para el aislamiento térmico de tuberías, y de planchas para el aislamiento térmico de conductos de climatización y accesorios.

Este material, posee una baja conductividad térmica, excelente flexibilidad y facilidad y rapidez de instalación.

Para aislamiento de tuberías, habitualmente se suele presentar en rollos de 2 metros de color negro.

Existen en el mercado espumas elastoméricas para distintas aplicaciones dependiendo de las temperaturas de trabajo, para control de la condensación, aislamientos de salas de máquinas etc.

Coquillas de Lana Mineral


Fuente: Armacell

Fuente: Knauff Insolation

http://3.bp.blogspot.com/-WBtccMhuq08/UlPR2iQadtI/AAAAAAAAArc/legdCG94a3s/s1600/Espuma+Elastom%C3%A9rica.png

http://2.bp.blogspot.com/-LUev29WDVM8/UlPqw6RYCvI/AAAAAAAAArs/QsRFSHU_IB0/s1600/Coquilla+Lana+Mineral.jpg


De todos es conocida la lana de vidrio y lana de roca como materiales aislantes térmicos-acústicos en edificación residencial y terciaria, utilizándose, también, para el aislamiento de tuberías tanto en instalaciones de edificación, como industriales.

Disponen de una muy baja conductividad térmica, por lo que se presentan como una solución muy eficaz para el aislamiento de tuberías y accesorios en instalaciones de frío y/o calor.

Se suelen presentar en forma de coquilla desnuda o con recubrimiento de papel de aluminio como barrera de vapor.

Coquillas de Polietileno

Fuente: Foerch

El polietileno, es un polímero utilizado en múltiples aplicaciones; una de ellas es la fabricación de coquillas de aislamiento térmico para tuberías. Al igual que las coquillas de espuma elastomérica, presentan gran flexibilidad para adecuarse fácilmente al diámetro y trayectoria de la tubería.

La conductividad térmica, suele ser más elevada que en los materiales anteriores, por lo que su aislamiento térmico es menor, al igual que su precio, en comparación con las coquillas de lana mineral o de espuma elastomérica.

Se suelen presentar en longitudes de 2 metros y color gris, pudiendo encontrarse en otros colores.

2.- ¿Que ciclo termodinámico se realiza en el quemador de la caldera del comedor de la Universidad Nacional del Centro del Perú?


http://4.bp.blogspot.com/-3N29CYqBA08/UlQ9bkTtxmI/AAAAAAAAAsc/UPRT2DyZ_G0/s1600/Coquilla+Polietileno.png


El ciclo termodinámico que se lleva a cabo en el quemador es el CICLO DIESEL debido a que la caldera funciona con petróleo.En este ciclo del motor diésel lento (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a la realidad) se omiten las fases de renovación de la carga., y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores.

3.- ¿Cómo se mantiene el equilibrio térmico dentro de la caldera?

Se consigue mediante el control de purga. Este proceso consiste en activar el mecanismo de la válvula de purga situado en el colector de la caldera y extraer un pequeño porcentaje del agua de la caldera (que contiene sólidos disueltos y sedimentos sin disolver) por debajo de la superficie del agua de la caldera.

Purga: Se consigue abriendo una válvula de gran paso situada en la parte inferior de la caldera durante unos pocos segundos. Esto permite la eliminación de una gran cantidad de agua y de sólidos bajo la presión de la caldera e introducirla en un tanque de purga, especialmente diseñado para permitir que la mezcla se enfríe antes de drenar.

4.- ¿Qué es la resina catiónica y por qué se encuentran en los tanques de ablandamiento de agua?

La resina catiónica Intercambia iones positivos (cationes). Funcionan a cualquier pH.

Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua, como primera columna de desionización en los desmineralizadores o para lechos mixtos. Elimina los cationes del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente ácido clorhídrico (HCl)

Las resinas se separan como cuentas esféricas 0,5 a 1,0 mm de diámetro. Estos parecen sólidos, incluso bajo el microscopio, pero a escala molecular la estructura es bastante abierta. Esto significa que la solución pasa por una capa de resina que puede fluir a través del polímero entrecruzado, puesta en contacto íntimo con los sitios de intercambio. La afinidad de las resinas de ácido sulfónico para los cationes varía con el tamaño y la carga iónica del catión. En general, la afinidad es mayor para los grandes iones con alta valencia. ING.M.SC. Rafael Acosta López

termodinámica

http://es.wikipedia.org/wiki/Renovaci%C3%B3n_de_la_carga.

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_di%C3%A9sel


Algunos ejemplos de resinas de intercambio iónico por orden de afinidad para algunos cationes comunes son aproximadamente:

Hg2+ <Li+ <H+ <Na+ < K+ ≈ NH4+ < Cd2+ < Cs+ < Ag+ < Mn2+ < Mg2+< Zn2+ < Cu2+ < Ni2+ < Co2+ < Ca2+ < Sr2+ Pb2+ < Al3+ < Fe3+.

Se encuentran en los tanques de ablandamiento de agua porque eliminan la dureza del agua, eliminan el calcio y magnesio evitando así depósitos e incrustaciones (se emplean resinas de poliestireno sulfonado), eliminan el hierro y manganeso, cuya presencia puede manchar tejidos, formar depósitos en tuberías e inducir su corrosión, para la alcalinidad del agua (Eliminación de aniones bicarbonato, carbonato e hidróxidos. Generalmente se emplean resinas en forma cloruro) y desionización del agua: Reducción de los cationes (Ca2+, Na+, Mg2+, etc) y aniones (Cl-, SO4 2-, etc) presentes en el agua a niveles muy bajos. Muy importante para laboratorios, industrias farmacéuticas, cosméticos, microelectrónica, etc. Se realiza mediante una resina catiónica y dos resinas aniónicas, una básica débil que adsorberá los ácidos fuertes y otra básica para intercambiar los aniones.

BIBLIOGRAFIA

CLASIFICACIÓN Y PARTES PRINCIPALES DE CALDERAS. Disponible enhttps://www.araucaniasur.cl/fileadmin/archivos/administrador/Bases/Material_Estudio/Manual_Operadores_de_Caldera.pdfGENERADORES DE VAPOR: http://www.fidena.edu.mx/biblioteca/MAQUINAS/Copia%20de%20Apunte-Calderas-y-Gene-Rad-Ores-de-Vapor.pdfOPERADORES DE CALDERAS INDUSTRIALES. MUTUAL DE SEGURIDAD: CÁMARA CHILENA DE LA CONSTRUCCIÓN. Disponible en www.ingenieriaquimica.orgTRATAMIENTO DE AGUA EN CALDERAS. Disponible en See more at: http://www.eurotherm.es/industries/boiler/boiler-blowdown-control/#sthash.PTWsl3Zm.dpuf


http://www.eurotherm.es/industries/boiler/boiler-blowdown-control/#sthash.PTWsl3Zm.dpuf

http://www.eurotherm.es/industries/boiler/boiler-blowdown-control/#sthash.PTWsl3Zm.dpuf

http://www.ingenieriaquimica.org/

http://www.fidena.edu.mx/biblioteca/MAQUINAS/Copia%20de%20Apunte-Calderas-y-Gene-Rad-Ores-de-Vapor.pdf

http://www.fidena.edu.mx/biblioteca/MAQUINAS/Copia%20de%20Apunte-Calderas-y-Gene-Rad-Ores-de-Vapor.pdf

calderas

Documents