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TERMODINMICA

INTRODUCCINLas Calderas o Generadores de vapor son mquinas industriales que, aplicando el calor de un combustible slido, lquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria. Es el elemento esencial en muchas plantas de vapor, vapor generado por estas calderas, muy importante en plantas donde se trabaja con alimentos, para calentar agua o generar vapor a presiones superiores a la atmosfera. El vapor generalmente se por calor de combustin o elctrica, de acuerdo a las caractersticas de la mquina que alimenta a la caldera. Las calderas mayormente van acompaados de una bomba, turbina y un condensador; los cuales forman un sistema siclo de vapor.En este informe abarcaremos principalmente sobre una caldera piro tubular por lo tanto mencionaremos que este tipo de caldera se caracteriza porque los gases calientes procedentes de la combustin de un combustible, circulan por el interior de los tubos cuyo exterior est rodeado por el agua que alimenta a la caldera.

El 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. Una vez realizado el intercambio trmico, los humos son expulsados al exterior a travs de la chimenea.

Por la importancia del tema se plante los siguientes objetivos:

Reconocer una caldera piro tubular. Identificar los principales componentes de una caldera.

Revisin bibliogrfica

Se entiende por generador de vapor o caldera, un recipiente cerrado, destinado a la produccin de vapor de agua a mayor presin que la atmosfrica, absorbiendo para esto el calor producido en un hogar por la combustin de un determinado combustible. El vapor producido en una caldera ser individualizado por la presin en que se encuentra expresada en Kg/cm2 o PSI y por su temperatura.Parmetros tcnicos que caracterizan a una caldera: presin mxima de trabajo(kg/cm2), superficie de calefaccin (m2), produccin horaria de vapor normal y de pico (kgv/h) a determinada temperatura del agua de alimentacin, temperatura de salida de vapor (C ).Los procesos industriales, la generacin de energa, etc., requieren el suministro deimportantes cantidades de vapor. El mismo se realiza por medio de las calderas,aparatos que aprovechan el calor liberado en la combustin y lo transmiten al agua travs de superficies metlicas, producindose as el vapor. Las superficies de transmisin del calor estn constituidas principalmente por tubos de acero.CALDERAS PIROTUBULARES: SEGN ALVAREZ J.(1994):Las calderas pirotubulares se desarrollaron principalmente en dos modelos: De retorno horizontal y de horno interno o tipo escocs. De Retorno Horizontal. Son calderas de un bajo costo inicial y de simple construccin, muy usadas en sistemas de calentamiento de edificios y produccin de vapor para pequeas factoras. Consisten de un casco cilndrico con gruesas paredes terminales entre las cuales se encuentra soportado un gran nmero de tubos de 3" o 4" de dimetro, aunque se pueden tener dimetros menores, esto da mayor superficie de transferencia y por ende mayor generacin de vapor. La caldera est suspendida sobre unos muros de ladrillo en un horno. La parrilla o quemadores estn localizados directamente debajo de la parte de enfrente del casco o tambor.

De Horno Interno. Llamada tambin tipo escocs, la combustin tiene lugar en un horno cilndrico que se encuentra dentro del casco o tambor de la caldera. Los tubos de humo estn a lo largo del casco y envuelven al horno por los lados y su parte superior. Los gases que salen del horno cambian de direccin en una cmara en el extremo y regresan, recorriendo completamente !a unidad, hasta una caja de humos localizada en el frente. Este tipo de caldera fue muy utilizado en los barcos.SEGN GOMEZ J. (2004) La caldera de vapor pirotubular, concebida especialmente para aprovechamiento de gases de recuperacin presenta las siguientes caractersticas.El cuerpo de caldera, est formado por un cuerpo cilndrico de disposicin horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisin de calor y una cmara superior de formacin y acumulacin de vapor.La circulacin de gases se realiza desde una cmara frontal dotada de brida de adaptacin, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cmara de salida de humos.El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cmara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de conexin. En cuanto al acceso, al lado agua se efecta a travs de la boca de hombre, situada en la bisectriz superior del cuerpo y con tubuladuras de gran dimetro en la bisectriz inferior y placa posterior para facilitar la limpieza de posible acumulacin de lodos.El conjunto completo, calorfugado y con sus accesorios, se asienta sobre un soporte deslizante y bancada de slida y firme construccin suministrndose como unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar las conexiones a instalacin.La caldera, una vez realizadas las pruebas y comprobaciones reglamentarias y legales por una Entidad Colaboradora de la Administracin, se entrega adjuntando un "Expediente de Control de Calidad" que contiene todos los certificados y resultados obtenidos.COMBUSTIBLE USADO

SEGN ESCUDERO-FERNANDEZ(2013) Caldera de combustible gaseoso:Utilizan como combustible gas natural o GLP(Gas licuado del petrleo).Pueden ser calderas de pie o murales. Las que suelen instalarse fijadas a la pared en las viviendas individuales son calderas murales de gas natural. Algunas de las calderas destinadas a quemar combustibles solidos pueden adaptarse para quemar combustibles lquidos o gaseosos cambiando el quemador.FLUIDO CALOPORTADOR EMPLEADO

SEGN ESCUDERO-FERNANDEZ(2013) Caldera de agua caliente: Son las mas ampliamente utilizadas porque son las que se emplean en calefacciones domesticas por radiadores.Cuando se alcanzan las temperaturas que pueden ser hasta 220C(actuando sobre la presin para que, a la temperatura de 220C, no se llegue a la temperatura de ebullicin), se les llama calderas de agua sobrecalentada y tienen su aplicacin para calentamiento de naves. Calderas de vapor. Se utiliza agua, pero durante su calentamiento , se evapora cediendo el calor e el calor en los emisores en forma de CALOR LATENTE. El fluido retorna a la caldera en estado liquido. Caldera de aire caliente. El aire caliente se calienta en la caldera. Sus aplicaciones son limitadas, por ejemplo en pequeas naves.

TRATAMIENTO DE AGUA PARA UNA CALDERA

SEGN GONZALEZ Y SANDOVAL (1999):Durante el proceso de generacin de vapor se distinguen aspectos interesantes, cada uno presenta riesgos, principalmente durante la operacin de la caldera.De dichos aspectos, resalta como el mas importante, por los riesgos de alto grado tanto en calderas pequeas como en las de gran tamao el tratamiento de agua para una caldera.El agua natural contiene ciertas impurezas que aumentan el consumo de combustible y el costo de mantenimiento as como la reduccin de vida til de la caldera.El mejor mtodo para eliminar dichas impurezas depende del tamao de la instalacin, de la presin de trabajo de la caldera, de la cantidad de agua de repuesto y de las caractersticas del agua cruda.

El agua de una caldera debe tratarse para:

Eliminar la turbidez: La acumulacin de minerales insolubles finamente divididos o partculas orgnicas, que reducen la claridad del agua, es lo que se llama turbidez. Si se dejan formaran un lodo pegajoso y aislante en los domos o envolvente y tambin pueden producir un arrastre. Eliminar las incrustaciones que causan perdida de calor, daa la tubera y las superficies de calefaccin.Las incrustaciones forman un aislamiento entre los gases y el agua, por lo que hay que mantener temperaturas mas altas para tener la misma generacin; con lo que el metal de los tubos se sobrecalienta y falla. La presencia de petrleo en el agua de alimentacin puede causar la misma falla. Evitar el arrastre que produce incrustaciones en los sobrecalentadores, turbinas o el equipo que requiera vapor Eliminar gases: La presencia de oxigeno en el agua de alimentacin corroe el metal de las calderas. El dixido de carbono torna el agua ligeramente acida por lo que acelera dicha corrosin. Evitar que el metal de la caldera se vuelva quebradizo .Una alta alcalinidad en el agua de una caldera puede ser la causa de que el metal de la caldera se vuelva quebradizo. Eliminar los solidos de suspensin: Los solidos en suspensin que causen la turbidez pueden eliminarse por coagulacin y filtracin. Cuando la turbidez es mayor de 40ppm o el agua contiene color o materia orgnica.

MATERIALES Y MTODOS MATERIALES:

MTODO1. Se visit la caldera del comedor U.N.C.P. Para el reconocimiento de sus principales componentes.

2. El ingeniero explic acerca de las partes de la caldera piro tubular y absolvi algunas interrogantes.

3. Se tom muestras de agua y se midi la dureza por el mtodo rpido.RESULTADOS Y DISCUSIONESA) DESCRIPCION DE LA CALDERA:

a) SITEMA DE COMBUSTION:La caldera tiene un quemador caracol, los tubos estn en forma recta y una posicin horizontal, el combustible que se utiliza es el petrleo diesel y es encendido por una chispa. En este sistema se realiza el ciclo de diesel (aire y combustible para producir calor).

b) SISTEMA DE ALIMENTACION DE AGUA:La caldera visitada contaba con:

BOMBA TIPO CENTRIFUGA.Su funcin es de impulsar el agua ya ablandada al caldero, por una tubera de succin por donde alimenta el agua, tambin tiene tubera de descarga, que se encarga de descargar el agua de la bomba a la caldera. ZONA DE ABLANDAMIENTO.Lugar donde se reduce la dureza del agua, esto es muy importante debido a que si el agua es dura ocasiona sarro, causando a las tuberas una obstruccin y disminuira la eficiencia, adems se presentara muchos otros inconvenientes.

TANQUE DEL COMEDORContiene una resina catinica de material sinttico, las cargas negativas atrapan a las cargas positivas que tiene el agua dura y las cargas positivas de la resina atrapa las cargas negativas que tiene el agua dura es as que disminuye la dureza del agua. Pero cuando la resina catinica se desgasta se le agrega cloruro de sodio industrial y se hace circular a travs de la resina y la carga las cargas positivas y las cargas negativas. c) SISTEMA GENERADOR DE VAPOR:Su principal funcin de este sistema es el intercambio de calor entre el agua y los gases calientes, la caldera es pirotubular con trayectoria horizontal.d) SISTEMA DE EVACUACIN:Este sistema tiene una chimenea por donde sale los gases o residuos de la combustin, tambin presenta un tiro para regular el paso de los gases.ALGUNOS EQUIPOS COMPLEMENTARIOS Y DE CONTROLe) SITEMA DE MEDICIN: . TABLERO DE CONTROLCon este tablero tiene trabajar de la mano el operario para evitar cualquier accidente o falla dentro de la caldera y sus sistemas.Cuando hay presencia muy bajo del nivel de agua, el tablero activa la luz roja que nos indica que no hay agua y de manera rpida se prende la bomba, para brindar agua al caldero. BARMETRO DE BOURDUMSu funcionamiento es importante gracias a ello sabemos a que presin est el caldero, que generalmente se encuentra en 70 PSI por 5 atm.

CABECEROEs en donde se acumula el vapor de agua a altas presiones, para luego ser ingresado a la zona de estrangulamiento en donde la presin con que ingresa se reduce a 15 PSI por 1 atm.

MIRILLANos ayuda a identificar el color de la llama del petrleo (amarillo intenso) y ver la cantidad de oxigeno si es la adecuada o no.

PURGAEsta ubicada en la parte superior de la caldera y ayuda extraer una muestra de la caldera y ver si el lodo o residuos (sarros) estn concentrados o no en el fondo. VALVULASSon silbatos de que comienza a moverse o silbar, al estar en una presin de 5atm.f) CONDESADORES:Forma parte del sistema, es cuando el vapor regresa del comedor y se convierte en lquido, regresando hasta la caldera, sin ningn tratamiento durante esta trayectoria.

g) SISTEMA DE SEGURIDADEsta consta de pitos; que hacen que cuando hay una obstruccin o hay un fallo en la caldera y no sale el vapor, este silbato se funda ya que tiene estao y ayuda regular la presin y disminuye el peligro en la caldera.

h) SISTEMA DE ESTRANGULAMIENTO.Este sistema al ingresar vapor a alta presin ser disminuido hasta tener 15 PSI y a 1 atm, luego ser llevado por el subsuelo mediante tuberas a las marmitas y finalmente cumpliendo su objetivo.

B) PRUEBA DE ABLANDAMIENTO DE AGUA:Luego de realizar la prueba de ablandamiento de agua se obtuvo los siguientes resultados:

Se observ que la espuma se form despus de agitar el tubo con gotas de jabn lquido, el cual que nos indica que el agua est en un correcto ablandamiento de 5ppm, de 2cm y duro 1min.Conclusiones Se lleg a determinar el ablandamiento de agua de la caldera, lo cual est en el rango de 5 ppm.

El operario es la persona indicada para mantener el sistema en funcionamiento, esto se debe a que tiene que trabajar de la mano con el tablero de control, as evitar problemas durante el funcionamiento y en el sistema.

Es muy importante la zona de estrangulamiento, porque gracias a ello podemos hacer el uso del vapor siempre y cuando la presin con la que entro se reduce a 15 PSI para ser luego distribuido correctamente.

Par un correcto funcionamiento de la caldera tiene que estar bien todo sus dispositivos, y sistemas aledaos que lo componen solo as alcanzara su mxima eficiencia dicha mquina.RECOMENDACIONES Estar muy atentos a las explicaciones e informacin que brinda el docente sobre el funcionamiento de las calderas, para as poder entender bien su funcionamiento.

Observar bien cada uno de los sistemas que consta una caldera, para entender bien su rol que cumple con la caldera.

Para una empresa que utilice calderas, se les recomienda que su mantenimiento se deba realizar con frecuencia para tener siempre un mejor rendimiento de la misma.

Bibliografa A. Sandoval, D. Martnez ANALISIS DE RIESGOS DEL TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS. Primera edicin -1999.

ALVAREZ CORREA, JAIME. Aplicaciones termo grficas en calderas. ECOPETROL,1994.

ESCUDERO C., FERNANDEZ I. Maquinas y equipos Termicos2013.Madrid-Espaa

SECRETARIA DISTRITAL DEL AMBIENTE 2010

http://www.Calderas&ei=KvrFU76BBazKsQT4iYKIDw&usg=AFQjCNEO1y4Tjc55fom_NMCgMs3Ro1pbyg&bvm=bv.71126742,d.cWc

http://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(m%C3%A1quina)

Cuestionario1. QUE MTODOS DE ANLISIS SE REALIZA PARA EL ABLANDAMIENTO DE AGUA PARA UNA CALDERA. ABLANDADO POR CALSe realiza en un depsito ablandador donde entra el agua y se mezcla con los agentes qumicos que producirn la precipitacin de parte de las sales causantes de la dureza del agua, reduciendo est a unos 300 ppm. Los reactivos utilizados son: Hidrxido clcico: el pH se vuelve muy bsico haciendo as precipitar las sales disueltas. Sulfato de almina: acta de floculante favoreciendo la precipitacin de las sales antes formadas.De este proceso se obtiene, adems del agua ablandada, un lodo que se recoge en el fondo cnico del ablandador, se lleva a un concentrador de lodos, a un tanque de almacenamiento y finalmente lo carga un camin de retirada. El agua ablandada es almacenada en un tanque pulmn.

MTODO COMPLEJOMTRICO Se utilizan sustancias indicadoras capaces de reaccionar con iones metlicos responsables de la dureza del agua, formando con ellos complejos quelatos y cambiando de coloracin. As por ejemplo, el negro de Eriocromo T o calcn, es un indicador que tiene coloracin azul en soluciones acuosas a un pH 10, en presencia de cantidades mnimas de Mg+2 y Ca+2, reaccionan con estos formando el complejo metlico correspondiente (M-indicador) el cual tiene un color vino tinto o rosado, dependiendo de la dureza del agua. Se produce una reaccin de equilibrio dada por: M+2 (ac) + Indicador M-Indicador (azul) (rojo o rosado Por otra parte el cido etilendiaminotetractico (EDTA), se emplea como titulante de esta experiencia, es capaz de reaccionar con los iones Ca+2 y Mg+2 formando el quelato correspondiente, segn M+2(ac) + EDTA M-EDTA incoloro. MTODO DE INTERCAMBIO INICOEste mtodo es una aplicacin de un viejo proceso que desde hace aos se ha usado para suavizar el agua domstica. El sistema funciona mediante el intercambio de iones de una solucin con los iones de carga similar de una resina. Cuando se utiliza el intercambio inico para recuperar plata el complejo de tiosulfato de plata, de carga negativa, que se encuentra en el agua de lavado o en una mezcla de aguas de lavados residuales, se intercambia con el anin de la resina. A esto se le llama paso de agotamiento, y se realiza haciendo fluir la solucin a travs de una columna que contiene la resina.Se utilizan tres sistemas comunes de intercambio inico: el intercambio inico convencional, la precipitacin in situ y el circuito electroltico de intercambio inico (combinacin de los dos primeros mtodos).Intercambio inico convencionalLa unidad de intercambio inico colecta la plata del blanqueador-fijador. Despus se relava con tiosulfato de amonio [(NH4) 2S2O3)] y, luego se desplata electrolticamente. El efluente que sale de la unidad de desplatado se usa entonces para la siguiente etapa de relavado.Intercambio inico con precipitacin in situSe utiliza cido sulfrico diluido para que la plata se precipite en los trozos de resina como sulfuro de plata, en vez de extraerla con un regenerador. La resina puede usarse en muchos ciclos sin que pierda su capacidad de recuperar plata. Cuando finalmente la pierde (al cabo de seis meses a un ao), o cuando la plata es insuficiente para que la recuperacin sea costeable, la resina se enva a un refinador de plata, que la incinera para extraer el metal.Sistema electroltico e intercambio inico combinadosEste mtodo usa un sistema electroltico para la recuperacin primaria, y un sistema de intercambio inico con precipitacin in situ para desplatar an ms el efluente.

1. CUAL ES LA TEMPERATURA DE LOS GASES CALIENTES QUE SALEN POR LA CHIMENEA Y QUE ALTERNATIVAS DE USO PLANTEA.La temperatura neta en la chimenea se obtiene restando la temperatura ambiente, de la temperatura de la temperatura de los gases de combustin. La temperatura con la que salen los gases son superiores a los 100C, y se pueden utilizar en lo siguiente casos aprovechando su energa calorfica que lo podemos transportar por medio de tubos a una cmara de secado de alimentos que solo requiere entre 40 y 60 . De la misma manera podemos utilizar su energa calorfica para calentar agua y tambin en aparatos de coccin puesto que los gases calientes no van estar en contacto con el alimento y no va haber contaminacin.

1. REALIZAR EL BALANCE DE ENERGIA REAL DE LA CALDERA DEL COMEDOR UNIVERSITARIO.

Sabiendo que:

Ing. ING.EDGAR R. ACOSTA LOPEZ