ensayo de calderas de vapor

8/13/2019 Ensayo de Calderas de Vapor

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ENSAYO DEENSAYO DE

CALDERAS DE VAPORCALDERAS DE VAPOR

LABORATORIO DE ENSAYO DEMQUINAS Y MOTORES

Escuela Tcnica 4-1136 ao 1 y 2 divisin

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Condiciones fundamentalesCondiciones fundamentalesde produccin de vaporde produccin de vapor

Todo equipo generador de vapor debe estardiseado y dimensionado para unaperformance especfica. Debe cumplir con unadeterminada generacin de caractersticasestablecidas, si se dan las condiciones de: Alimentacin de agua con temperatura y calidad

requerida. Entrega de calor mediante una correcta combustin

y con una transferencia de calor acorde con elproyecto inicial.

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Recomendaciones para losRecomendaciones para losEnsayos de CalderasEnsayos de Calderas

Deben seguirse las recomendaciones einstrucciones de inspeccin, control y

ensayo de generadores de vapor y aguacaliente de normas: Nacionales

IRAM,

Extranjeras ASME Americanas DIN o DNA -Alemanas NBGI - Inglesa

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DefinicionesDefiniciones Presin Normal de Trabajo(pt) (Kg/cm)

Establecida por el fabricante es la presin a la cual el generador trabaja encondiciones normales de rgimen.

Presin Mxima de Trabajo (pm) (Kg/cm) Mxima presin que se puede alcanzar manteniendo condiciones

admisibles de seguridad.

Presin de Sellado (ps) (Kg/cm) Presin a la cual se sella o precinta la vlvula de seguridad.

Temperatura Mxima de Trabajo (tmax) (C) Mxima temperatura que se puede alcanzar en condiciones admisibles de

seguridad.

Superficie de Calefaccin de la Caldera (S1) (m) Superficie que tiene contacto con el agua o vapor hmedo que recibe calor

y que por otro lado este en contacto con los gases calientes o con elrefractario (Se mide del lado de los fluidos).

Superficie de Calefaccin de: Sobrecalentador (S2),Economizador

(S3), Recalentador (S4), Calentador de aire (S5)(m) rea de los elementos constitutivos que por un lado tienen contacto con

los gases calientes y por otro con el agua, vapor hmedo o con el aire (semide del lado de los fluidos). 4


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DefinicionesDefiniciones Superficie de Calefaccin del Generador (S) (m)

Suma de las superficies de calefaccin de la caldera, sobrecalentador, economizador odel recalentador si existen todos o alguno de ellos.

Volumen del Hogar (Vh) (m) Volumen del recinto destinado a la combustin.

Carga del Hogar(Ch) (Kg/m) Cociente entre la cantidad de combustible consumido en kg y el volumen del hogar.

Carga por Unidad de Superficie(Cs) (kg/m) Cociente entre la cantidad de combustible consumido por hora y la superficie de

calefaccin de la caldera.

Carga Trmica del Hogar(Ct) (kg Kcal/ m) Cociente entre la cantidad de calor que puede desarrollarse por hora (empleando el

poder calorfico superiorHs) y el volumen del hogar.

Capacidad Real de Vaporizacin(V) (kg/h) Es la cantidad de kilogramos de vapor que se produce en una hora.

Capacidad de Vaporizacin Equivalente(V1) (kg/h)

Es la capacidad real de vaporizacin de la caldera multiplicado por un factorde evaporacin F.

Vaporizacin especifica Real (Ve) (Kg/m)

Son los kilogramos de vapor que se produce por hora y por m de superficiede calefaccin. 5

ff


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Factor de Evaporacin (F) Cociente entre la cantidad de calor (Kcal) que son absorbidas por cada kg de vapor,

dividido por el calor latente de vaporizacin del agua a 100C (Calor latente del agua yvapor a 100C=539 Kcal/kg).

Poder Evaporante del Combustible(Pec) Es la cantidad de vapor producido en una caldera dada, al quemarse un kg de

combustible especificado. Rendimiento de la Caldera ()

Relacin entre el calor absorbido por el vapor o por el agua y la cantidad de energaliberada en el hogar por el combustible en una hora, indicando el poder calorficodel mismo.

Qv: Calor absorbido por el agua y el vapor.

Qc: Calor suministrado por el combustible, aire de combustin y gases calientes de otrasfuentes.

Vr : Vaporizacin real en kg de agua por kg de combustible(kg/kg) equivalente al poderevaporante del combustible.

i: Calor total del vapor Kcal/Kg. i: Calor del agua de alimentacin Kcal/kg Hi: Poder calorfico inferior del combustible.

Perdidas Trmicas por calor Sensible en los gases de escape Calor perdido por los gases que escapan por la chimenea

p: prdida, en %, del poder calorfico inferior del combustible. t1: temperatura en C de los gases de escape. t2: temperatura en C del aire para la combustin. CO2: % en volumen de CO2 contenido en los gases de escape en el punto donde se evala

t1.

K: constante que depende de la clase de combustible.6

DefinicionesDefiniciones


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Inspecciones en CalderasInspecciones en Calderas Las inspecciones y ensayo de calderas deben hacerse conforme a normas

internacionales y fundamentalmente siguiendo las recomendaciones de IRAM,el Instituto Argentino del Petrleo y las de las normas ASME.

Se distinguen dos tipos de inspecciones: Pruebas peridicas, para inspeccionar calderas en funcionamiento. Pruebas y mtodos de ensayo para recepcin de generadores.

Recomendaciones para inspeccin de calderas en uso Las inspecciones aconsejadas para instalaciones en funcionamiento pueden ser

realizadas por: Personal propio de la empresa propietaria (Propias). Personal contratado a tal fin (Independientes).

Tambin pueden clasificarse por la zona inspeccionada: Internas (deben realizarse una vez por ao, especialmente si la instalacin tiene ms de 20 aos

de servicio) Externas (deben realizarse cada 6 meses como mnimo)

En cualquier tipo de inspeccin los datos deben reunirse en un informe deestructura similar a los precedentes para facilitar la comparacin de valores y

estado de la instalacin. Dicho informe debe consignar:

corrosiones, incrustaciones, zonas recalentadas, fugas, grietas, Debe sealar tambin los trabajos realizados y las recomendaciones pertinentes.

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Inspecciones ExternasInspecciones Externas

Se realizan en caliente, es decir con la caldera en funcionamiento. Porlo cual deben cumplirse estrictas normas de seguridad.

Se debe realizar observacin, inspeccin y control de: Zona exterior de la caldera. Bombas. Ventiladores. Instrumentos. Vlvulas de seguridad y purgas.

Se debe revisar y controlar:

Sistema de tratamiento de H

O. Bombas de alimentacin. Sistema de Combustible. Inyectores de combustible. Sopladores de holln. Sistema de tiraje.

Juntas. Prensaestopas. Aislaciones.

Se debe realizar una bsqueda concienzuda de fugas y grietas enmampostera refractaria y cubiertas metlicas. Tambin debenobservarse las estructuras de acero y hormign asegurndose que no

existan zonas con recalentamiento. Por ltimo debe verificarse elfuncionamiento y precisin de los instrumentos de medicin. 8


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Consiste en una observacin prolija de todas las partes internas: Domos Tubos Placas Conductos, etc.

Tratando de detectar: Incrustaciones Corrosiones Grietas Elementos desvinculados, sueltos o rotos.

Se deber contar con luces y espejos montados sobre soportes que permitan la visualizacinen zonas de difcil acceso.

En calderas con tubos de fuego, que no admiten visualizacin de su estado, se deben

desmontar alguno de la zona ms exigida al cumplirse los primeros 10 aos defuncionamiento, luego deber realizarse cada 5 aos hasta los 30 aos de vida y posterior aellos cada 1 ao.

Debe ponerse especial cuidado en la bsqueda de corrosiones en las calderas que trabajan enforma intermitente, ya que la condensacin, en los tiempos de parada, produce grandes daosen las partes metlicas.

Los tubos rectos de calderas acuotubulares deben revisarse interiormente, aplicando una luzen el extremo opuesto al observador. Tambin se debe inspeccionar su exterior en busca dedeformaciones.

Cuando haya corrosiones importantes en chapas sometidas a presin y no sea posibledeterminar la profundidad de la misma, se ejecuta un agujero de 5mm de dimetro, que luegose rosca para recibir un esparrago de , y finalmente se lo suelda.

Se comprueba el funcionamiento de los instrumentos (manmetros, termmetros, tubos denivel, etc.) si su lectura es difcil por depsitos interiores o exteriores debern repararse ocambiarse.

Deben revisarse vlvulas de seguridad y purga, precintndose las primeras.

La mampostera refractaria y aislaciones se inspeccionan para detectar desgaste,desalineaciones, piezas desprendidas, etc.9

Inspecciones InternasInspecciones Internas


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Pruebas HidrulicasPruebas Hidrulicas

Una vez realizadas las inspecciones internas y externas y antesde reponer aislaciones o partes de mampostera refractaria,removida para mejor observacin, se proceder a realizar la

prueba hidrulica de las partes de presin de la caldera. Consiste en llenar la caldera con agua a temperatura ambiente,

cuidando de eliminar todo el aire del interior. Se desmonta lavlvula de seguridad y se conecta en ella una bomba hidrulicamanual que ser la encargada de elevar la presin hasta el valorque corresponda por ensayo.

La elevacin de la presin debe visualizarse en el manmetro dela caldera y de la bomba hidrulica, siendo ambos valorescoincidentes.

Los valores de presin que deben alcanzarse estn establecidospor normas, para los distintos tipos de calderas.

La prueba hidrulica se da por cumplida satisfactoriamente,si en el trmino de 5 minutos la presin no baja en formasensible.

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Medidas y procedimientos complementariosMedidas y procedimientos complementarios Luego de la prueba hidrulica se repara aislaciones y mampostera removida y

se realizan las pruebas de funcionamiento mecnico y elctrico de todas laspartes mviles de la unidad. Debindose comprobar el buen funcionamientode: Vlvulas Grifos Niveles Sopladores de holln Compuertas Registros

Ventiladores de tiraje Sistema de combustible hasta quemadores.

Tanto en calderas nuevas como en las usadas y reparadas deben eliminarserestos de aceites, grasas, suciedad, etc. Mediante lavado con solucin de 1kg deCarbonato de Sodio por cada 1000 litros de agua, cargndose la caldera hastasu nivel normal.

Se inicia un fuego reducido, de manera que no se alcance una presin mayor a

0.5 atm, con todas las vlvulas de ventilacin y seguridad abiertas,permitiendo la salida del vapor, que indicar la ebullicin dentro de la unidad. En calderas nuevas el lavado tiene una duracin de 48 horas, mientras que en

las usadas se grada de acuerdo al estado de la misma. Posteriormente se drena totalmente el generador y se lava con agua limpia. A

continuacin se alimenta con agua tratada, debiendo observarse en los nivelessi hay restos de grasas o aceites, en cuyo caso debe repetirse la operacin de

lavado.11

M did di i t l t iM did di i t l t i


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El curado de la mampostera refractaria se realiza generando una progresivacombustin en la unidad. El tiempo que dura depende del tipo y la magnitud de lamampostera. En grandes calderas ese tiempo no debe ser menor a 8 das.

Para la primera puesta en marcha se cierran todas las vlvulas y el generador debeentrar progresivamente en rgimen trmico de manera que la presin no se eleve a

ms de 2 atm por hora. Una vez alcanzada la presin de trabajo, y antes de conectar la caldera a la red

general, deben verificarse el ajuste de las vlvulas de seguridad. Es importante recordar la importancia que tiene la medicin de la temperatura y

presin del vapor ya que definen la cantidad de calor absorbido y sonrepresentativos de la cantidad de combustible quemado y por tanto de la eficienciade la unidad.

Si el exceso de aire que se insufla en la cmara de combustin ha disminuido, o lassuperficies de transferencia tienen depsitos internos o externos, la temperaturadel vapor disminuir. Por el contrario aparecer desmedida si el aire es superior alindicado.

El control de la combustin es de especial importancia para definir la economicidaddel proceso, por lo que debern analizarse la composicin de los gases y determinarsu temperatura en distintos puntos de su recorrido de salida.

Durante el ensayo de la caldera se puede producir un descenso del nivel de aguapor debajo del nivel mnimo permitido, situacin de extrema peligrosidad. Lo msaconsejable es interrumpir la llegada de combustible a los quemadores yparalelamente disminuir la alimentacin de agua, para evitar agravar el problemapor enfriamientos bruscos en zonas altamente recalentadas, que puede dar lugar auna evaporacin acelerada y como consecuencia, la explosin del generador.

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Medidas y procedimientos complementariosMedidas y procedimientos complementarios


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Mtodos de ensayo de recepcinMtodos de ensayo de recepcin

El Instituto Argentino de Racionalizacin de Materiales (Normas IAP A25-8)establece las condiciones de operacin y ensayo que deben aplicarse en laspruebas de recepcin de generadores de vapor de hasta 300Atm y

temperaturas no superiores a 550C. El rendimiento de un generador puede determinarse por mtodos directos o

indirectos. Ambos son equivalentes y la eleccin de uno u otro depender delas posibilidades para realizar las mediciones de cada uno de ellos. Siendogeneralmente ms sencillo el mtodo directo.

Mtodo Directo: se obtiene el rendimiento mediante el balance entre los calores del combustibley el aire suministrado, referidos al calor absorbido por el agua y el vapor.

Mtodo Indirecto: se evala el rendimiento mediante determinacin de todas las prdidas en elbalance trmico.

Condiciones y Estado del Generador

Para realizar los ensayos de recepcin y determinacin de rendimientos debe

verificarse que: La unidad debe estar perfectamente limpia.

Las superficies de transferencia no deben ofrecer obstculo a la transmisin decalor.

No deben observarse prdidas de fluidos de ningn tipo.

Los rganos de cierre deben hacerlo perfectamente sin presentar fugas.

Los circuitos que no entren en los ensayos se deben anular mediante bridas ciegas.13


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Prueba previa del ensayo Tiene por objeto comprobar si las disposiciones previas para el ensayo

funcionan correctamente y si el personal afectado a la misma ofrece las

garantas debidas. Alcance del estado de rgimen

Se considera que se ha alcanzado el estado de rgimen cuando hafuncionado continua y correctamente por 3 das a carga y durante 3horas a plena carga antes del ensayo.

Duracin del ensayo Depende del mtodo elegido. En el mtodo directo entre 6 y 10 horas. En

el indirecto 4 horas para cada estado de carga.

Estados iniciales y finales Tanto al iniciar como al terminar el ensayo el generador debe presentar las

mismas condiciones generales, manteniendo: la presin y el nivel del agua,

el consumo,

la entrada del agua de alimentacin y

el estado de los fuegos.

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Mt d d d iMt d d d i


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Control de temperatura, presin y caudales Todos los instrumentos utilizados se deben constatar antes de comenzar

las pruebas. Es aconsejable que los instrumentos sean registradores y suprecisin debe ser conocida.

La forma de realizar las mediciones est establecida por normas IRAM. Medicin de cantidad de vapor, lquido y combustible

La medicin de la cantidad de vapor es aconsejable obtenerla por medio dela medida de agua de alimentacin.

Para la cantidad de agua y combustible IRAM establece en sus normas los

procedimientos a seguir. Caractersticas del combustible

Es necesario conocer la composicin qumica y el poder calorfico delmismo.

Anlisis de los gases de combustin Se debern realizar durante el ensayo, tomas de muestras a intervalos

regulares de tiempo de los gases de combustin. Definiendo contenido deCO2 y de O2 mediante aparato de ORSAT.

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Informe de EnsayoInforme de Ensayo

Debe realizarse de manera que permita un estudio

general del ensayo, explicitando las condicionesbajo las cuales fue realizado: Informacin General. Caractersticas del generador. Caractersticas del hogar. Combustible. Agua de alimentacin. Caractersticas del vapor vivo. Entalpias. Calor absorbido. Temperatura del hogar.

Temperatura del gas de combustin. Composicin del gas de combustin a la salida de la caldera. Intensidad del tiro. Temperatura del aire. Potencia absorbida por los servicios auxiliares. Resultados

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Poder calorfico es la cantidad de energa que la unidad de masa de materia puede desprender alproducirse una reaccin qumica de oxidacin .

Expresa la energa mxima que puede liberar la unin qumica entre un combustible y el comburente y esigual a la energa que mantena unidos los tomos en las molculas de combustible (energa de enlace),menos la energa utilizada en la formacin de nuevas molculas en las materias (gases) formadas enla combustin.

La magnitud del poder calorfico puede variar segn como se mida. Segn la forma de medir se utiliza laexpresin poder calorfico superior (PCS) y poder calorfico inferior (PCI).

La mayora de los combustibles son compuestos de carbono e hidrgeno, que al arder se combinan con el O2formando CO2y H2O. Cuando se investig cientficamente el proceso de la combustin, se consider que parael buen funcionamiento de las calderas donde se produca, era necesario que los gases quemados salieranpor el conducto de humos a una cierta temperatura mnima para generar el tiro trmico necesario para unbuen funcionamiento. Esta temperatura est por encima de los 100 C, por lo que el agua producida no secondensa, y se pierde el calor latente o calor de cambio de estado, que para el agua es de2261kilojulios (540 kilocaloras) por kg de agua, por lo que hubo necesidad de definir el poder calorficoinferior, para que las calderas tuvieran, aparentemente, unos rendimientos ms alentadores.

Por ello, se us la denominacin poder calorfico superiorpara el calor verdaderamente producido en lareaccin de combustin y poder calorfico inferiorpara el calor realmente aprovechable, el producido sinaprovechar la energa de la condensacin del agua.

La mayor parte de las calderas y los motores suelen expulsar el agua formada en forma de vapor, peroactualmente existen calderas de condensacin que aprovechan el calor de condensacin, con rendimientosmucho ms altos que las tradicionales, superiores al 100% del PCI, pero, por supuesto, siempre inferiores al100% del PCS.

Poder calorfico superior Es la cantidad total de calor desprendido en la combustin completa de unaunidad de volumen de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustin est condensado y secontabiliza el calor desprendido en este cambio de fase.El poder calorfico de una muestra de combustible se mide en una bomba calorimtrica. La muestra decombustible y un exceso de oxgeno se inflama en la bomba y tras la combustin, se mide la cantidad de calor.La bomba se enfra con este fin a temperatura ambiente. Durante dicho enfriamiento, el vapor de agua secondensa y este calor de condensacin del agua est incluido en el calor resultante.

Poder calorfico inferiores la cantidad total de calor desprendido en la combustin completa de unaunidad de volumen de combustible sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de aguagenerado en la combustin, ya que no se produce cambio de fase, y se expulsa como vapor.Es el valor que interesa en los usos industriales, por ejemplo hornos o turbinas, porque los gases decombustin que salen por la chimenea estn a temperaturas elevadas, y el agua en fase vapor no condensa.

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