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Calderas

Presentación general
by

Alexander Gonzalez

on 28 November 2016

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Transcript of Calderas

Transferencia de calor: Calderas
Nelson Salazar
Edwin Acosta
Jhon Alexander González
Ingeniería en Electromecánica
Profesor
Ing. Fabio Hernández
2014
OBJETIVO GENERAL
Proporcionar conocimiento en relación al equipamiento y uso de las calderas
Objetivos específicos
Presentar terminología general y funcionamiento de una caldera
Explicar la tipología y partes en la composición física de las calderas
Indicar los aspectos de diseño, regulación y seguridad
Definir los conceptos básicos para el mantenimiento
INTRODUCCIÓN
La casi totalidad de las actividades de nuestra sociedad se basan en el uso de la energía en sus distintas expresiones, desde el uso de un vector energético como es la electricidad para la iluminación, motores eléctricos y equipos electrónicos, hasta el uso de fuentes de energía como son los combustibles sólidos, líquidos y gaseosos en la cobertura de nuestras demandas térmicas.
El vapor es una herramienta para la industria se produce evaporando agua, sus condiciones se ajustan con mucha facilidad controlando presiones y temperaturas, y transporta cantidades importantes de energía con pocas masas haciendo que las unidades de generación denominadas calderas no sean excesivamente grandes; por lo que tiene diversas aplicaciones dentro de la industria.
Las calderas son maquinas que generan vapor de agua, el cual se lo utiliza en la industria sobre todo como generador de energía mecánica y transmisor de energía calórica.
Qué es una caldera?
Las calderas de vapor, como cualquier otro elemento de la industria moderna, se ven beneficiadas ampliamente en su eficiencia y seguridad al ser controladas automáticamente en vez de depender del control manual para su funcionamiento. Sobre todo porque al ser un proceso termodinámico es inherentemente lento y el controlador automático tiende a reaccionar con mayor velocidad y precisión que el controlador humano.
HISTORIA
Allí describió su
eolípila
, una turbina de vapor que consistía en una caldera conectada mediante dos tubos a los polos de una esfera hueca que podía girar libremente. La esfera estaba equipada con dos boquillas biseladas por donde salía vapor que producía la rotación de la esfera.
El inventor escocés James Watt mejoró la máquina de Newcomen e introdujo el primer avance significativo de la caldera, el recipiente esférico o cilíndrico que se calentaba por abajo con una hoguera. La caldera de Watt, construida en 1785, consistía en un armazón horizontal cubierto de ladrillo con conductos para dirigir los gases calientes de la combustión sobre la caldera.
La primera mención de la idea de utilizar vapor para obtener energía aparece en la neumática, del inventor y matemático griego Herón de Alejandría, en el siglo I.
CONCEPTOS
Combustión:
Combustible:
Combustible es cualquier material capaz de liberar energía en forma de calor cuando reacciona con el oxígeno,
Oxidación rápida [combustible - comburente] ⇒ calor + PDC (humos, cenizas)
a un nivel térmico aprovechable
el quemador es el encargado de realizar la mezcla (combustible-aire)
Los elementos básicos que reaccionan son (I):
– El oxígeno del aire como comburente (aprox. 1m3 por kWh)
– El carbono y el hidrógeno del combustible
– Otros elementos (azufre), e inertes (cenizas)
Propiedades de los combustibles

– Potencia o poder calorífico; el superior y el inferior
– Poder comburívoro
– Indice de aireación
– Poder Fumígeno; el seco y el húmedo
– Inflamabilidad; límites inferior y superior
– Punto de rocío; húmedo y ácido
– Tª de Inflamación
– Tª de Llama
– Velocidad de propagación de la llama
Partes de una caldera
Accesorios de una caldera
CICLO DE VAPOR (Ideal)
CICLO DE VAPOR
(Real)
Clasificación
Por materiales de construcción
Por la presión y temperatura
Por su aplicación
Por su diseño
Por su operación
Por circulación del fluido
Por su tecnología
Clasificación por
los materiales

Calderas murales; de diseño compacto y reducido, empleadas para instalaciones
familiares de ACS y calefacción actualmente se está incrementando su potencia y
permiten asociamiento de varias
Calderas de fundición; por elementos, la transmisión de calor tiene lugar en el
hogar, área de intercambio pequeña y rendimientos bajo; tienen poca pérdida de
carga en los humos y por ello suelen ser de tiro natural
Calderas de acero; combustibles líquidos o gaseosos, por lo que tienen una mayor
superficie de contacto y su rendimiento es mejor
Circuito abierto y tiro natural
Circuito abierto y tiro forzado

Clasificación por la toma de aire
Usos domésticos: calefacción, ACS o mixtas
Generación de energía para plantas termoeléctricas: para la generación de vapor
Plantas de cogeneración: usan gases calientes, de recuperación
Generación de vapor o agua sobrecalentada en plantas industriales
Clasificación por su aplicación
Calderas atmosféricas

Calderas de depresión, funcionan por la depresión que se crea en la chimenea o por un ventilador que aspira; se evita la salida de humos al local

Calderas de sobrepresión; los gases circulan empujados por un ventilador; por lo que los gases circulen más rápido que en las calderas de depresión
Clasificación por la presión
Clasificación por su tecnología
CALDERAS ESTANDAR DE AGUA
CALIENTE
CAMPO DE APLICACIÓN.- Producción de agua caliente hasta 105º C
PRESIÓN DE TRABAJO.- 6, 8, 10, 13 y 16 bar
CALDERA DE AGUA CALIENTE A
BAJA TEMPERATURA
CAMPO DE APLICACIÓN.- Producción de agua caliente hasta 105º C
PRESIÓN DE TRABAJO.- 6, 8, 10, 13 y 16 bar
TEMPERATURA MÍNIMA DE RETORNO.-
Gas Natural.- 45º C
Gasóleo.- 38º C
CALDERA DE AGUA SOBRECALENTADA
CAMPO DE APLICACIÓN.- Producción de agua caliente por encima de 105º C
PRESIÓN DE TRABAJO.- 6, 8, 10, 13,16, 18, 20, 22 y 25 bar
CALDERA DE VAPOR SATURADO
sin economizador
CAMPO DE APLICACIÓN.- Producción de vapor saturado
PRESIÓN DE TRABAJO.- 6, 8, 10, 13, 16, 18, 20, 22 y 25 bar
RENDIMIENTO MEDIO.- 88,5 % (variable en función de la presión de trabajo)
Clasificación por su diseño
Calderas acuotubulares
Calderas pirotubulares
De uso más difundido en pequeñas y medianas industrias. Su diseño se basa en un cuerpo o tambor de agua que es atravesado por tubos de fuego.
Las variantes constructivas son extensas:
verticales, horizontales, horno exterior o interior, cantidad de pasos de gases, etc.

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
Verticales
1 paso
Cámara inferior y
1 paso tubular.
Actualmente con
poca aplicación.
Tintorerías
tambos,etc.
Leña y
líquidos
Horizontal
2 pasos
Tipo marino, hogar
1 retorno tubular.
Rendim. térmico
inferior al 75%.
Chimenea delantera
Fondo seco apta
para quemar leña
Horizontal
3 pasos
Tiraje forzado con
hogar y 2 retornos Fondo
de gases por tubos
Hasta 25 tn/h 1 ó 2 hogares
Rendim. térmico combustible.
superiores al 84/87 %
Chimenea trasera.
Fondo
semihúmedo
y húmedo.
Todo tipo de
térmico combustible.
Antehogares
para sólidos.
Horizontal
4 pasos
Tiro forzado con
hogar y 3 retornos
de gases por tubos.
Rend. térmico
superiores al 84/87%
Chimenea delantera
Equipos auxiliares
Ventiladores de aire de combustión
Envían el aire al cajón, común o individual, en el que están alojados los quemadores
Circuito de combustible
En las de combustibles líquidos la alimentación es
con bombas que comunica presión al combustible, de
engranajes
– Son más robustas
– Son más estables
– El combustible las lubrica
En las de combustibles gaseosos la fuerza impulsora
es la presión de la red de distribución o el depósito,
puede ser necesario un reductor de presión.
Quemadores
Quemadores mixtos:
Se utilizan en grandes calderas para dar seguridad de servicio
Tratamiento de agua
Son los elementos de la caldera encargados de suministrar y acondicionar el
combustible para mezclarlo con el aire y obtener una buena combustión. Deben
producir una llama estable y uniforme de manera que se realice una cierta
distribución en el hogar
Para combustibles sólidos: parrillas, mala regulación, están en desuso
Para combustibles líquidos : valvulería, filtros, elementos de control y de seguridad
De pulverización mecánica o por presión
Para combustibles gaseosos : son más sencillos, ya que la mezcla con el aire se consigue fácilmente.
Quemador atmosférico: la presión del gas provoca la aspiración del aire
(primario) para la combustión (40 al 60%), el resto se completa en el quemador
Quemador de premezcla: el aire, incluido el exceso, se mezcla con el gas antes del quemador, no existiendo aire secundario
Economizador
ES BASICAMENTE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR QUE SE COLOCA EN LA CHIMENEA DE UNA CALDERA PARA TRANSFERIR EL CALOR CONTENIDO EN LOS GASES DE COMBUSTION AL AGUA DE ALIMENTACION A LA CALDERA
SE INCREMENTA LA EFICIENCIA TERMICA DE LA CALDERA LO QUE REDUNDA EN UN AHORRO DE
COMBUSTIBLE POR KG. DE VAPOR GENERADO.
SE REDUCE LA EMISION DE GASES CALIENTES A LA ATMOSFERA.
SE ALIMENTA AGUA CALIENTE A LA CALDERA REDUCIENDO EL SHOCK TERMICO
SE LIBERA CAPACIDAD CALDERA PARA PRODUCIR VAPOR ADICIONAL PARA PROCESO
EN INSTALACIONES DE CALDERAS DE TUBOS DE HUMO EL PROMEDIO DE AHORRO DE
COMBUSTIBLE VARIA DE 2 A 4%
Precalentadores
Al igual que los economizadores, es un intercambiador que permite
precalentar el aire que luego se utiliza en la combustión.
Sobrecalentadores
El supercalentador es un equipo que ofrece una superficie de absorción de calor por medio de la cual se eleva la temperatura del vapor por encima de su punto de saturación.

Se aumenta la eficiencia total de la unidad.
Se aumenta la ganancia termodinámica del vapor.
Se obtiene un vapor más seco.

El vapor sobrecalentado tiene menos tendencia a condensarse en las últimas etapas de las turbinas.
Aunque la ganancia en la eficiencia total varía de acuerdo con la presión, se calcula que esta puede estar alrededor de 3% por cada 100°F de sobrecalentamiento.
Eficiencia
Método Directo
Flujo de vapor producido.
Consumo de combustible.
Temperaturas y presiones de agua de alimentación y del vapor.
Consumo de energía de auxiliares (ventiladores, bombas).
Determinación del HHV del combustible

Eficiencia térmica = Calor útil / Calor entrada

Eficiencia térmica = (Calor entrada – Pérdidas) / Calor entrada

SISTEMAS DE CONTROL DE UNA CALDERA

Para tener un adecuado control de la operación de una caldera es necesario
conocer los factores que determinan su estado. Estos factores son principalmente: Flujos de gas, aceite , aire, agua, vapor, presiones, temperaturas y nivel. Para comprender mejor la relación y la manera como se afectan entre si podemos clasificarlos en tres grupos: Factores a regular, factores de perturbación y factores de regulación.

FACTORES A REGULAR. Son los que deben ser mantenidos a un valor
determinado para que el funcionamiento de la caldera sea correcto. Los más
importantes son: Presión de vapor a la salida de la caldera, exceso de aire o
relación aire /combustible, temperatura de vapor sobrecalentado, nivel del tambor de vapor y presión en el hogar.

FACTORES PERTURBADORES. Tienen su origen en la demanda de vapor que
desequilibra la relación entre la energía que entra en forma de combustible y la que sale en forma de vapor, de esta manera se afectan los factores a regular que actuarán unos sobre otros.

FACTORES DE REGULACIÓN. Con ellos se compensa la influencia de los
factores perturbadores sobre los factores a regular y los principales son:
™ FLUJO DE COMBUSTIBLE: Con él se compensa la variación de la presión de vapor.
™ FLUJO DE AIRE: Con él se mantiene una relación aire /combustible adecuada.
™ FLUJO DE AGUA DE ALIMENTACIÓN: Que debe ser igual al flujo de vapor
que sale más las pérdidas para mantener el nivel.
SELECCIÓN DE CALDERAS

Para asegurar la selección correcta del equipo para producir vapor ( o agua caliente), hay
que considerar una serie de variables. Una instalación satisfactoria refleja un alto sentido de
responsabilidad; por el contrario, una selección inadecuada ocasiona problemas que a la
larga afectan a todos los interesados.

FACTORES PREDOMINANTES PARA LA SELECCIÓN DE CALDERAS

Cantidad y tipo de vapor requerido
Combustible disponible
Exigencias futuras
Régimen de consumo
Utilización diaria

REQUISITOS
Por otra parte, el usuario espera que el equipo reúna ciertos requisitos básicos, que incluyen
lo siguiente:

Seguridad en el servicio
Sencillez
Bajo costo de adquisición, operación y mantención
Servicio adecuado
Entrega inmediata
BIBLIOGRAFÍA
INTERNET (documentación y videos)
Tipología de calderas Viessman 2013.pdf
Guía básica de calderas industriales eficientes FENERCOM.pdf
Introducción a los procesos de combustión
El vapor en la industria Spirax.pdf
www.youtube.com/watch?v=z3mQq_mrcBg
www.youtube.com/watch?v=bT4ZQBvJkCY
www.youtube.com/watch?v=wpP2ktTA4es
www.youtube.com/watch?v=J-gEmP9hFCs
GRACIAS
Fallas en las Calderas
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