CALDERAS

CALDERASTipos y aplicacionesDesde el inicio de la revolucin industrial se busc generar energa eficiente, para ello se invent un tipo de energa a base de vapor que ha ido evolucionando hasta la actualidad en distintos campos de la industria.

INTRODUCCIN

En este texto abordaremos el tema de calderas, su definicin, caractersticas y aplicaciones de manera general, para luego enfocarnos en una aplicacin especfica.Gracias a james watt que fue el pionero en darse cuenta que podra reemplazar el trabajo animal, hombre por mas mquinas de vapor, y es all donde se da mayor importancia a dichas mquinas. Tambin fue la principal fuente de energa en la revolucin industrial.Tambin abordaremos distintas partes de las calderas como por ejemplo el hogar o fogn que es el espacio donde se produce la combustin, la Puerta Hogar que es una pieza metlica, abisagrada, revestida generalmente en su interior con ladrillo refractario o de doble pared, por donde se alimenta de combustible slido al hogar y se hacen las operaciones de control de fuego, Cmara de Vapor que es el espacio o volumen que queda sobre el nivel superior mximo de agua y en el cual se almacena el vapor generado por la caldera, Chimenea que es el conducto de salida de los gases y humos de la combustin hacia la atmsfera entre otras que pasaremos a definir.Las calderas son mquinas industriales que utilizan el vapor de agua para generar energa, estevaporse genera a travs de una transferencia de calorapresinconstante, en la cual el fluido, originalmente en estadolquido, se calienta ycambia su fasea vapor saturado. Tambin, es muy utilizado en las industrias como refinera, metalurgia, textil, farmacutica, cosmtica, papelera y cementera, etc.

UNIDAD GENERADORA DE VAPOR

Una caldera es una mquina o dispositivo de ingeniera que est diseado para generar vapor saturado. ste vapor se genera a travs de una transferencia de calor a presin constante, en la cual el fluido, originalmente en estado lquido, se calienta y cambia de estado. Segn la ITC-MIE-AP01 (Instruccin Tcnica Complementaria MIE-AP1. Es un reglamento de aparatos a presin. Se aprueba la ITC-MIE-AP1 referente a calderas, economizadores, precalentadores de agua, sobrecalentadores y recalentadores de vapor. ( Varela)), caldera es todo aparato a presin en donde el calor procedente de cualquier fuente de energa se transforma en energa utilizable, a travs de un medio detransporteen fase lquida o vapor.Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales se produce uncambiode fase. Adems son recipientes a presin, por lo cual son construidas en parte conacerolaminado a semejanza de muchos contenedores de gas.La fuente de calor empleada para vaporizar el agua en lasplantasgeneradora de vapor es vapor de alta o baja presin, el que a su paso por lo serpentines de calentamiento, se condensa, cediendo su calor latente al agua cruda q va ser evaporada. As, en un evaporador existen dosfuentesde agua destilada. Una, es el condensado de vapor que se ha empleado en calentar el agua, la cual reemplaza al vapor usado por el evaporador, por lo tanto, puede ser considerada como ``repuesto``. La otra, es el vapor condensado que se convierte en vapor y posteriormente se condensa, los slidos en suspensin o disuelto en el agua permanecen en la cmara dedestilacin, a menos q sean arrastrado mecnicamente por el vapor o que pasen en forma de gases.Los generadores de vapor utilizados en los campos petrolferos difieren significativamente de las calderas convencionales. Estas, por lo general, se utilizan para generar vapor saturado o quizs vapor sobrecalentado para mover turbinas de vapor.Debido a las altas velocidades del fluido es necesario separar el vapor del lquido antes de que el vapor sea dirigido a las turbinas, pues de lo contrario las gotas de lquido las daara. Como alternativa se puede utilizar el vapor sobrecalentado para evitar la separacin liquido vapor. La separacin se puede lograr mediante tambores giratorios, haciendo uso de las fuerzas centrifugas y de inercia, resultante de su rotacin. El agua condensada es recogida corriente debajo de las turbinas para reutilizarla, por lo cual requiere muy poca agua de reemplazo. (Marving F. , s.f.)

DESCRIPCION

La estructura real de una caldera depender mucho del tipo que sea. No obstante, de forma general, podemos describir las siguientes partes:Quemador:sirve para quemar el combustible.Hogar:alberga el quemador en su interior y en l se realiza la combustin del combustible utilizado y la generacin de los gases calientes. Los hogares se pueden clasificar en:Segn su ubicacin:Hogar exteriorHogar interiorSegn el tipo de combustible:Hogar para combustibles slidosHogar para combustibles lquidos y gaseososSegn su construccin.Hogar lisoHogar corrugadoEsta clasificacin rige solamente cuando el hogar de la caldera lo compone uno o ms tubos a los cuales se les dan el nombre de Tubo Hogar.

Caldera hogar exterior para CalderaHogar interior para combustible Slido.Lquido, hogar corrugado. (Estrucplan, s.f.)Puerta Hogar:Es una pieza metlica, abisagrada, revestida generalmente en su interior con ladrillo refractario o de doble pared, por donde se alimenta de combustible slido al hogar y se hacen las operaciones de control de fuego.

En las calderas que queman combustibles lquidos o gaseosos, esta puerta se reemplaza por el quemador.

Figura 4: Puertas del hogar.Fuente: http://www.estrucplan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IDEntrega=2953

Tubos de intercambio de calor:el flujo de calor desde los gases hasta el agua tiene lugar a travs de su superficie. Tambin en ella se generan las burbujas de vapor.Separador lquido-vapor:es necesario para separar las gotas de agua lquida en suspensin en la corriente de vapor.Economizador:es un equipo de intercambio de calor para precalentar el agua lquida con los gases an calientes, antes de alimentarla a la caldera.Chimenea:es la va de escape de los humos y gases de combustin despus de haber cedido calor al fluido. Adems, tiene como funcin producir el tiraje necesario para obtener una adecuada combustin, esto es, haciendo pasar el aire necesario y suficiente para quemar el combustible, en caldera que usan combustibles slidos. Las dimensiones de la chimenea en cuanto a su altura y dimetro estarn determinadas por el tiraje necesario y condiciones de instalacin respecto a edificios vecinas. En las calderas modernas existe tiraje artificial en que el movimiento del aire se hace por ventiladores sin descartar, desde luego, los usos de la chimenea. (Estrucplan, s.f.)Carcasa:contiene el hogar y el sistema de tubos de intercambio de calor. (Gas Natural, s.f.)

Figura 1: Esquema general de las calderas.Fuente: http://www.empresaeficiente.com/es/catalogo-de-tecnologias/calderas

CONCEPTOS BASICOS2.1 Calor sensible y Calor latenteCalor sensible es el calor que se emplea en variar la temperatura de un cuerpo, en este caso agua o fluido trmico. Est relacionado con el calor especfico, que en caso del agua lquida es de 1kcal/kg C.Calor latente es el calor empleado en producir un cambio de estado en un cuerpo, como por ejemplo la vaporizacin del agua, cuyo calor latente de vaporizacin es de 540kcal/kg (a 100C).2.2 Condensacin, PCS y PCI1. El hidrgeno contenido en los hidrocarburos produce agua en la combustin, que debido a las altas temperaturas del proceso, pasa inmediatamente al estado vapor.CH4+ 2 O22 H2O (vapor de agua) + CO2+ calor2. Parte del calor liberado se consume en vaporizar esta agua. En la grfica est representado este calor como la diferencia entre HSy Hi.3. HSrepresenta el Poder Calorfico Superior (PCS) y Hiel Poder Calorfico Inferior (PCI). La diferencia entre ellos corresponde justamente al calor latente de vaporizacin del agua, que se produce al formarse el vapor se est perdiendo un calor que se podra aprovechar en la instalacin.

Figura 3: porcentajes de la eficiencia de la calderaFuente: http://www.empresaeficiente.com/es/catalogo-de-tecnologias/calderas

Figura 2: Esquema del calor latenteFuente: http://www.empresaeficiente.com/es/catalogo-de-tecnologias/calderasRecuperadores del calor de los humosLoshumosque se generan en la combustin atraviesan las distintas partes de la caldera cediendo su calor y reduciendo su temperatura hasta evacuarse al exterior por la chimenea.Loseconomizadoresy losrecuperadoresde calor de los humos tienen como objetivo la reduccin de la temperatura de los humos, dentro de lmites admisibles, para que cedan su calor a un fluido, precalentndolo.Sonintercambiadores de calor, generalmente formados por paquetes tubulares.Cualquier sistema de recuperacin del calor de los humos representa una sensiblemejora en el rendimiento y una economa en el gasto de combustibles.La mejora de rendimientode la caldera que se produce por la instalacin de un recuperador del calor de los humos oscila, normalmente y segn los casos, entre el 1% y el 5% aproximadamente.Las prdidas por los humosque salen por la chimenea son las ms significativas en las calderas, del orden del 5% al 15%, segn los casos. (Gas Natural, s.f.)

Clasificacin de las calderas.

CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS

De acuerdo a la circulacin de fluidos dentro de los tubos de la caldera

De acuerdo a la presin de trabajo de la calderaDe acuerdo al intercambio de calor.De acuerdo a la produccin de vaporDe acuerdo al combustible utilizado

de acuerdo a la circulacin del agua dentro de la caldera

Calderas humotubularesCalderas acuotubularesCalderas pirotubulares

Calderas de media presin.

Calderas de alta presin.

Calderas supercrticas.Radiantes, o de radiacin total.

Convectivos.

Calentamiento indirecto.Calderas chicas.

Calderas medianas.

Calderas grandes.Calderas de combustibles lquidos.

Calderas de combustible gaseosos.

Calderas de combustibles slidos.Circulacin natural.

Circulacin asistida.

Circulacin forzada.

(autores 2015)

Acuotubulares:(sanchez del pozo s.f.) Lascalderas acuotubularesse encuentran encuadradas dentro de lascalderas de pequeo volumen de aguay soncalderas de vapor. Se denominanacuotubularesporque el agua se encuentradentro de los tubos. Este tipo de calderas eranusadas hace tiempo en centrales elctricas y otro tipo de instalaciones industriales, aunque actualmente el diseo de las calderas va por otros derroteros.La ventaja de lascalderas acuotubulareses que lograban queteniendo un menor dimetro y dimensiones totales una presin de trabajo mayor lo que les permitaaccionar las mquinas a vaporen los albores del siglo XX. En este tipo de calderas, adems, losclculos necesarios para su diseosuelen ser bastante sencillos.Suestructuraes tal que en las calderas,los tubos longitudinales interioresse usaban paralograr un aumento en la superficie de calefaccin. Los tubos se encontrabaninclinadosde modo que el vaporal salir por la parte ms alta provocase un ingreso de agua ms frapor la parte baja. Losprimeros modelos de este tipo de calderasutilizaban comocombustible slidocomo fuente de energa.En lascalderas acuotubularesla produccin del vapor de agua est enrelacin directa de la correspondencia existente entre la presin y la temperatura. Ambas magnitudes, presin y temperatura,son dos caractersticas fundamentales del estado gaseoso.La principalventajade las calderas acuotubulares es quea cualquier temperatura, por muy baja que sea, es posible lograr vaporizar agua.Elnico requisito necesariopara lograr esto es que lapresin resulte reducidade una manera adecuada consiste en disminuir la presin adecuadamente sobre el lquidoen el que se est ejerciendo esta. Unacaldera acuotubulartiene la propiedad depoder vaporizar agua a cualquier presinsiempre que se aumente la temperatura de la caldera. Otra de las ventajas de este tipo de calderas es quesu diseo es muy sencillo.

Ventajas: Menor peso por unidad de potencia generada. Por tener pequeo volumen de agua en relacin a su capacidad de evaporacin, puede ser puesta en marcha rpidamente. Mayor seguridad para altas presiones. Mayor eficiencia. Son inexplosivas.

Desventajas: Su coste es superior. Deben ser alimentadas con agua de gran pureza, ya que las incrustaciones en el interior de los tubos son, a veces, inaccesibles y pueden provocar roturas de los mismos. Debido al pequeo volumen de agua, le es ms difcil ajustarse a las grandes variaciones del consumo de vapor, siendo necesario hacerlas funcionar a mayor presin de la requerida.

Figura: calderas acuotubularesFuente: https://www.google.com.pe/search?q=calderas+acuotubulares&rlz

Pirotubulares

El principio de la caldera de hogar tubular es el ms tradicional y antiguo aplicados en la construccin de calderas de vapor. En el transcurso del tiempo, y debido al dominio tcnico de las formas cilndricas, se han ido mejorando todas las combinaciones posibles entre las superficies de calefaccin y circulacin de gases y agua, con el fin de aprovechar al mximo el calor de los combustibles. Para obtener el mximo rendimiento, en la evolucin del diseo de las calderas pirotubulares se han ido aadiendo pasos de humos, llegndose as al desarrollo de las calderas de dos, tres y hasta cuatro pasos. De stas, la de tres pasos, es la que ms se ha extendido a nivel mundial, debido tanto al alto rendimiento que alcanzan as como a su gran versatilidad, clave de su aplicacin en casi todos aquellos procesos donde se precise de una alta fiabilidad unida a un alto rendimiento energtico. (www.sosegal.com s.f.)

Figura: caldera pirotubular y sus partes.Fuente: https://www.google.com.pe/search?q=calderas+acuotubulares&rlz

Ventajas: Ms econmicos que los acuotubulares. Se constituyen para bajos y altos fluidos de vapor. No requieren de costos l tratamiento en el agua de alimentacion Altas eficiencias de funcionamiento. Facilidad en el mantenimiento del equipo.

Desventajas: No son adecuados para presiones elevadas. Ocupan espacios grandes para su instalacin. Son ms pesados que los acuotubulares. Tiempos elevados para la produccin de vapor.

Aplicaciones:CALDERAS DE AGUA CALIENTE Las calderas de agua caliente son un tipo de calderas acotubulares que generan calor por medio de fenmenos qumicos. Las fbricas y plantas de energa utilizan calderas para generar vapor. Las calderas deaguacalienteque muchas personas utilizan para calentar sus casas son un poco diferentes. Aqu, el objetivo principal no es tanto generar vapor, pero si calentar aguay transportar el calor a toda lacasa. Aunque existen diferentes tipos de calderas que se puedencomprar, los principios bsicos son bastante simples y muy similares en todas Segn las babcock. W ( 2011 p1) Las calderas de aguas calientes son esenciales para vivir concomodidad. Hacen que sea posible que t, tufamiliay tuhogar se mantengan calientes durante elinvierno. De acuerdo a American Council for an Energy-Efficient Economy, la gente que vive en climas fros gastan entre un 35 y 50 por ciento de sus dlares energticos en la calefaccin de sus hogaresLas calderas funcionan a gas natural, gas propano lquido, electricidad o carbn. La mayora de las casas utiliza gas. Las calderas calientan el aire, y los sopladores distribuyen y fuerzan el aire clido a travs de los conductos utilizando un sistema de aire forzado. Los conductos desembocan en los conductos de ventilacin que se encuentran en los zcalos, techos y paredes y liberan el aire clido en la habitacin en donde desembocan. La cantidad de calderas utilizadas como sistemas de calefaccin supera ampliamente la cantidad de calentadores utilizados con el mismo fin. La popularidad de las calderas cobr impulso durante los aos 60. En este momento, muchos dueos de casa comenzaron a utilizar el gas natural como calefaccin, en lugar de utilizar radiadores y calentadores que usaban carbn. Luego del gas natural, la electricidad es la eleccin ms popular como combustible de las calderas, seguida del carbn. Sin embargo, la utilizacin del carbn es muy escasa fuera de las reas del noreste ms cercanas a Pennsylvania y las Virginias, en donde los recursos de carbn son abundantes.CALDERA BABCOCK WANSONWanson propone una amplia gama de calderas industriales de agua caliente de tres pasos de humos, alto rendimiento y bajo NOx Estos modelos de calderas industriales de agua caliente de tres pasos de humos con resultados garantizados se adaptan especialmente para aplicaciones de calentamiento industrial y terciaria Ventajas de la propuesta Babcock Wanson Una caldera completa. La caldera y el quemador de diseo Babcock Wanson son una perfecta combinacin. Garanta de potencia, de rendimiento y emisiones. Construccin industrial aprobada. Resultados garantizados y continuos. Rendimiento > al 92 % sin economizador para la serie HW3P. Rendimiento > al 93 % sin economizador para la serie EPC AC

Caldera de calefaccin para el hogar Fuente: www.bordatxuri.com

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERA MECNICA ENERGA

MATEMTICA III

Trabajo monogrfico: CALDERAS INDUSTIALES PARA CALEFACCIN

Docente:Mg. VLADIMIRO CONTRERAS TITO

Integrantes del grupo:FLORES AVILA JUNOR LAVERIANO LUMBE CLAYTONCASTRO ROCA GABINO

Bellavista Callao2015Bibliografa

Varela, C. (s.f.). http://www.instalacionesindustriales.es/normativa/recipresion/ITC-MIE-AP/MIE-AP-01.html. autores, e. p. (2015).Estrucplan. (s.f.). http://www.estrucplan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IDEntrega=2953.Gas Natural, F. (s.f.). http://www.empresaeficiente.com/es/catalogo-de-tecnologias/calderas.Marving F. , P. (s.f.). http://www.monografias.com/trabajos72/calderos-laboratorio-operaciones/calderos-laboratorio-operaciones2.shtml#ixzz3aJrPwv00.sanchez del pozo, g. (s.f.). urbanismo.com. Obtenido de urbanismo.com. www.sosegal.com. (s.f.). Recuperado el 24 de marzo de 2015