GENERADORES DE VAPOR

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GENERADORES DE VAPOR
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• En ellos se efectúa le transferencia de calor
  (calor entregado Qe) desde la fuente caliente,
  constituida en este caso por los gases de
  combustión generados en el hogar (o en otra
  máquina), al fluido de trabajo (vapor de agua).
• Son entonces, esencialmente intercambiadores de
  calor de superficie, por lo cual en ellos la
  transferencia de calor debe efectuarse con el
  mejor rendimiento posible, compatible con los
  costos de la instalación.

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• El esquema funcional se puede sintetizar de la
  siguiente manera
• Como sistema, se deben considerar las pérdidas,
  que en general se pueden considerar
• Pérdidas por los gases de escape (Máximo de
  13)
• Evaporación del agua formada en la combustión
  (Hasta 4)
• Pérdidas por deficiencias en el rendimiento de
  combustión (Hasta 0,2)
• Pérdidas por radiación, fugas de calor en
  general (Hasta 2,5)

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CALDEROS
5
HISTORIA DEL VAPOR INDUSTRIAL
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HISTORIA DEL VAPOR INDUSTRIAL
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DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR
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DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR
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DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR
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DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR
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DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR
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DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR
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Calderas en Centrales Térmicas
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DESARROLLO DE LA GENERACION DE VAPOR
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CALDEROS INDUSTRIALES

• Son equipos diseñados para transferir calor
  producido por combustión, mediante electricidad,
  o un fluido determinado
• Se emplean para producir agua caliente, vapor
  saturado, vapor sobrecalentado

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CALDEROS INDUSTRIALES

• Es un recipiente cerrado el cual, por medio de
  calor producido por un combustible al quemarse,
  transforma el agua que contiene en vapor a una
  presión mayor que la atmosférica.

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CALENTAMIENTO DE EQUIPOS DEL PROCESO

• Uno o mas calderos proporcionan el vapor
  necesario para usarlo en las máquinas y equipos
  de la planta en el proceso de calentamiento
• La combustión siempre produce material de desecho
  hollín ,cenizas, humo
• Las trampas de vapor son dispositivos que se
  colocan después de un equipo para separar el
  vapor húmedo del vapor saturado esta agua
  caliente se denomina condensado el mismo retorna
  al caldero.

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MANERAS DE CALENTAR CON VAPOR SATURADO

• A) Vapor directo.- Inyección directa del vapor al
  material
• Se emplea en lugares donde el condensado no es
  problema
• Uso limpieza de paredes, maquinas

• B) Vapor indirecto Se realiza por medio de
  chaquetas, serpentines intercambiadores
• Transmite calor por las paredes del recipiente al
  fluido
• El vapor y el condensado no entran en contacto
  con el material a calentar

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APLICACIONES DEL VAPOR SATURADO

• El vapor de agua generado por un caldero tiene
  múltiples aplicaciones, dependiendo de su
  presión, temperatura y caudal son
• 1.- Calentamiento de maquinaria y equipos del
  proceso
• 2.-Generación de fuerza motriz mecánica, por
  máquinas a vapor

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APLICACIONES DEL VAPOR SATURADO

• 3.- Generación de fuerza motriz mecánica por
  turbinas
• 4.- Generación de energía eléctrica por turbinas
• 5.- Otros usos menores

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OTROS USOS MENORES

• Sacar manchas en la lavandería
• Limpiar fachadas de edificios
• Limpieza de piezas de máquinas
• Calentamiento de las zona de lavado
• Calentamiento de soluciones o concentración
• Aire acondicionado climatizado
• VAPORADORES

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Clasificación de los Calderos
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CLASIFICACION DE LOS CALDEROS

• a ) Por la disposición de los fluidos
• - De tubos de agua (acuotubulares)
• - De tubos de humo (pirotubulares)
• b) Por la circulación de agua
• - Circulación natural
• -Circulación asistida
• - Circulación forzada

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CLASIFICACION DE LOS CALDEROS

• c) Por el mecanismo de transmisor de calor
• - De convección
• - De radiación
• - De radiación y convección
• d) Por el combustible empleado
• - De carbón mineral
• -De combustible líquido
• - De combustible gaseoso
• -Nucleares

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CLASIFICACION DE LOS CALDEROS

• Por la presión de trabajo
• -Subcrítico
• - De baja presión plt 20 Kg /cm2
• - De alta presión pgt 64 Kg/ cm2
• Supercrítico
• Por el tiro
• Tiro natural
• Tiro forzado
• Tiro inducido

26
CALDERO PIROTUBULAR
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Caldero pirotubular
Los gases de combustión circulan por dentro de
los tubos, y el agua los rodea por fuera
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Caldero pirotubular

• Además de los elementos de instrumentación
  elemental como manómetro y presostato (PI y PS
  respectivamente), debe considerarse los
  siguientes elementos
• Control de nivel
• Válvula de seguridad
• Válvulas de salida y purga
• Este tipo de generadores, por su diseño no
  admiten presiones de trabajo elevadas, más allá
  de las dos o tres atmósferas son de construcción
  sencilla y disponen de moderada superficie de
  intercambio, por lo que no se utilizan para
  elevadas producciones de vapor.
• Su rendimiento global esperado a lo largo de su
  vida útil no supera el 65 en el mejor de los
  casos.
• Son en compensación, muy económicos en costo y de
  instalación sencilla, por lo que su utilización
  actual primordial es para calefacción y
  producción de vapor para usos industriales.

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Caldero pirotubular
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Calderas Igneotubulares o Pirotubulares
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Calderas Igneotubulares o Pirotubulares
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CALDERO ACUATUBULAR
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Caldero acuatubular
Son aquellos en los que el agua o vapor circula
por dentro de los tubos. El esquema funcional es
el siguiente
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Caldero acuotubular
35
Caldero acuatubular
A los efectos de fijar conceptos, se puede ver
una vista general del armado de una caldera de
120 T/h, de tipo convencional,
36
Calderas Acuotubulares
37
Calderas Acuotubulares
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CALDERAS DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA

• Existe una variedad de las anteriores calderas,
  denominadas de vaporización instantánea, cuya
  representación esquemática podría ser la de un
  tubo calentado por una llama, en el que el agua
  entra por un extremo y sale en forma de vapor por
  el otro.

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COMPONENTES PRINCIPALES
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• Conjunto del Quemador prender el equipo, este
  dispositivo hace que se produzca una chispa entre
  los electrodos originada por el alto voltaje que
  produce un transformador, se enciende el piloto,
  se abre el paso de combustible y de aire para que
  encienda la flama, y una vez que la fotocelda
  verifica lo anterior, se mantiene en
  funcionamiento. El conjunto del quemador
  comprende las boquillas, los electrodos, la
  fotocelda y el cañón quemador.

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• Control de nivel del agua Verifica que el nivel
  del agua dentro de la caldera sea un nivel seguro
  para que ésta encienda. Durante la operación,
  vigila y corrige errores si baja el nivel, envía
  una señal a la bomba de alimentación para que
  arranque e inyecte más agua, si continúa bajando,
  por seguridad envía otra señal al quemador para
  que se apague y no permite que se encienda hasta
  tener un nivel seguro y en caso de que suba el
  nivel del agua, envía una señal para que se pare
  la bomba. El sistema de control de nivel del agua
  comprende del cristal de nivel visual, grifos de
  prueba del cristal de nivel, columna de nivel y
  control de nivel de agua

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• Bomba de inyección de agua Al bajar el agua del
  nivel mínimo de operación, recibe la señal del
  control de agua y arranca, tomando agua del
  tanque de condensado e introduciéndola a la
  caldera en cambio, cuando sobrepasa un nivel de
  seguridad prefijado, también se apaga para no
  exceder el nivel de operación y ahogar la
  caldera.

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• Cuerpo de la caldera En el interior de la
  caldera se encuentra el hogar (espacio donde se
  lleva a cabo la combustión) y los tubos, donde
  se lleva a cabo el calentamiento del agua, ya sea
  interior o exteriormente, y tiene un aislamiento
  interior y exterior para evitar pérdidas de calor
  y quemaduras al personal. También cuenta con
  tapas y registros para permitir el acceso para
  darle mantenimiento. Comprende de tubos, material
  refractario, mamparas (no siempre), empaques.

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• Sistema de combustible Este sistema mantiene la
  alimentación de combustible adecuada para la
  combustión que se realiza en el hogar de la
  caldera. Comprende tuberías, filtros, bomba de
  combustible y válvula solenoide.
• Sistema de aire Este sistema es el elemento
  primordial para mantener una combustión. Debe ser
  regulado de acuerdo al consumo de vapor y en
  proporción adecuada al combustible, para mantener
  la flama con una combustión no contaminante y
  económica. Comprende la malla del ventilador, el
  ventilador y las varillas de ajuste para el
  modulador de entrada del aire.
• Controles eléctricos El programador es el
  cerebro de la caldera, ya que se encarga de
  efectuar la secuencia adecuada del encendido y
  apagado del equipo. En este sistema existen
  auxiliares de arranque y paro por presión
  (presostato), a partir de una presión
  establecida. Envía una señal para modular la
  flama, variando la entrada de aire a través del
  modulador de entrada del aire. Comprende del
  control programador, presostato, control de nivel
  de agua, modulador de entrada del aire y alarma.

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EQUIPOS AUXILIARES PARA EL SISTEMA DE GENERACIÓN
DE VAPOR
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• Equipo de suavización de agua Convierte el agua
  común en agua blanda, la cual puede ser
  utilizada para alimentar la caldera.

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• Tanque de retorno de condensados Es un
  recipiente que contiene el agua de alimentación a
  la caldera y debe de cumplir con tres funciones
  primordiales
• Mantener una reserva mínima de agua, suficiente
  para alimentar a la caldera durante 20 minutos
  esto determina las dimensiones que debe tener.
• Recuperar el agua suave de los retornos de los
  condensados. Para mantener económica la
  producción de vapor, debe recolectarse el
  condensado, ya que es agua suavizada y calentada,
  que tiene un costo extra en su producción y por
  lo tanto no debe desperdiciarse.

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• Precalentar el agua de alimentación a la caldera.
  El agua de alimentación a las calderas debe estar
  a la mayor temperatura posible para evitar daños
  internos a la caldera al introducirle agua
  fría, y además por economía, para gastar menos
  combustible al elevar la temperatura del agua
  para convertirla en vapor. Cuanto más caliente se
  le introduzca el agua, más aumenta la capacidad
  de la caldera.

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• Tanque deareador o desaereador Cuando las
  calderas instaladas sobrepasan de 200 caballos
  caldera, para producción de vapor, se justifica
  la utilización de este tipo de tanque, que cumple
  con las mismas funciones del tanque de
  condensados, además de que remueve el excedente
  de aire y los gases corrosivos (oxígeno, bióxido
  de carbono) a través de un deareador que se
  instala en su interior para crear corriente de
  vapor que obligue a salir por el venteo (puede
  ser automático o manual).

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TRANSMISION DE CALOR

• La transmisión de calor desde la fuente caliente
  (gases de combustión) al fluido de trabajo (agua
  vapor) se realiza a través de la superficie de
  intercambio, en este caso, las paredes de los
  tubos del generador.
• El proceso reconoce tres efectos
• 1. Radiación (desde los gases calientes y
  luminosos hacia las paredes externas de los
  tubos)
• 2. Convección (desde los gases en la capa límite
  contra la pared exterior de los tubos)
• 3. Conducción (entre las superficies externa e
  interna de los tubos)
• 4. y nuevamente convección en la capa límite de
  la superficie interna de los tubos hacia el
  fluido de trabajo.

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Tiro

• Es la diferencia entre la presión de la caldera y
  la presión atmosférica.
• El tiro es necesario para el funcionamiento del
  hogar de una caldera, con el fin de poderle
  suministrar el aire necesario para la combustión
  del combustible y arrasar los gases quemados
  hacia el exterior a través de la chimenea

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Tiro Natural

• Se produce por el efecto generado por una
  chimenea. Su valor depende de la altura de la
  boca de la chimenea sobre el nivel del
  emparrillado del hogar

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Tiro Mecánico

• Es el tiro creado por la acción de inyectores de
  aire, vapor o mediante ventiladores, el cual se
  requiere cuando deba mantenerse un determinado
  tiro con independencia de las condiciones
  atmosféricas y del régimen de funcionamiento de
  la caldera

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Funcionamiento de una Caldera
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Ciclo Combinado
Este ciclo combina el Ciclo Rankine con el cilo
Brayton de esta forma se consigue un aumento de
potencia gracias a la caldera recuperadora de
calor.....
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Esquemático del Ciclo Combinado
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COMBUSTION COMPLETA ESTEQUIOMETRICA
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COMBUSTION COMPLETA CON EXCESO DE AIRE
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(No Transcript)
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CONSUMO DE COMBUSTIBLE APROXIMADO EN FUNCION DE
LA POTENCIA hP
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PRINCIPAL MEDIDA DE SEGURIDAD EN LOS GENERADORES
DE VAPOR (O CALDERAS)
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Alguna vez se han imaginado que una caldera
(Tubos de Humo) puede explotar totalmente? De ser
así, se ha imaginado la magnitud de la
explosión? La energía que se libera en una
explosión de una caldera de 100 C.C. (Caballos
Caldera) equivale al impacto de una locomotora de
50 toneladas a una velocidad superior a los 500
Km/h!!!
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Para evitar este peligro, mantenga siempre un
nivel visual de agua en el cristal de nivel, ya
que la falta de agua puede causar un
sobrecalentamiento que puede provocar la
explosión de la caldera. Si por alguna
circunstancia ajena a usted no existe agua en el
nivel, PARE LA CALDERA, NO INYECTE AGUA, antes de
verificar el nivel a través de los grifos de
prueba y sobre todo, esté seguro de haber
corregido el problema antes de arrancar
nuevamente