05 Generadores de Vapor

8/12/2019 05 Generadores de Vapor

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GENERADORES DE VAPORCARACTERSTICAS DE LAS CALDERAS DE ALTA PRESIN EN CHILE

Introduccin:

Si bien es cierto que desde el punto de vista legal es operador de Calderas de acuerdo alTtulo IX del Reglamento de Calderas y Generadores de Vapor, Artculo 43, aquellapersona que acredite haber aprobado un curso de especializacin o rendir un examen ante elServicio de Salud, para lo cual el respectivo Servicio de Salud otorgar un certificado decompetencia que tendr validez nacional

El artculo 44 faculta a la Autoridad Sanitaria a retirar el certificado de competencia de unoperador, en cualquier momento, si a juicio de dicha autoridad, el operador no demostrar,en la prctica, la idoneidad en el manejo del equipo, por lo tanto cada participanteacreditar con certificado de empresa el tiempo de prctica como Ayudante de Calderaspara demostrar su prctica bajo la supervisin de un Operador Cualificado, no obstante quepueda ser observado en su desempeo por la Autoridad competente, una vez otorgado elrespectivo Certificado.

El artculo 45 determina que en cada turno de trabajo el personal de Operadores verificar,a lo menos una vez, el funcionamiento de todos los dispositivos de alimentacin de agua,asimismo, se accionar manualmente la vlvula de seguridad para asegurarse que no estadherida y purgar todos los niveles y automticos de alimentacin de agua. Terminadiciendo que al producirse el cambio de turno, el Operador no podr abandonar el recintode la sala de calderas antes de que el operador que lo releve se haya recibido de la planta.

El artculo 46 establece que si por cualquier motivo el nivel de agua bajare ms all dellmite inferior de visibilidad del tubo de nivel; deber paralizarse de inmediato elfuncionamiento de la caldera sometindola a una revisin completa y a las pruebasreglamentarias, dejando constancia de los resultados en el libro de vida de la caldera.

Con este prembulo exponemos a Uds. El programa que realizaremos en conjunto:

1.- Programa de nivelacin de fsica bsica:

1.1 Fuerza, Presin, Densidad1.2 Sistemas de Unidades1.3 Mecnica de los lquidos1.4 Fluidos en reposo y fluidos en movimiento1.5 Calor, dilatacin de slidos y lquidos1.6 Calorimetra, fusin, vaporizacin

2.- Introduccin al uso del vapor en la industria

2.1. Factores que influyen en la ebullicin


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GENERADORES DE VAPOR2.2. Condensacin del vapor de agua2.3. Clases de vapor que produce una caldera2.4. Medicin de la temperatura2.5. Calor sensible, calor latente y calor total de vaporacin2.6. Transmisin de calor: Conduccin, Convencin, Radiacin

2.7. Unidades de presin y equivalencias.3.- Calderas, tipos y clasificacin

3.1. Tipos de Calderas3.2. Comportamiento de la caldera3.3. Componentes de una caldera3.4. Calderas Industriales

5.- Accesorios de las calderas

5.1. Accesorios de observacin y sus posibles fallas5.2. Accesorios de seguridad5.3. Accesorios de alimentacin de agua5.4. Accesorios de limpieza5.5. Accesorios de alimentacin de combustible5.6. Controles automticos (no son accesorios de seguridad)5.7. Accesorios para aumentar la eficiencia de la Unidad Generadora de Vapor5.8. Accesorios para controlar el recalentamiento del vapor

6.- Caracterstica de una caldera

6.1. Potencia de una caldera6.2. Coeficiente de vaporizacin6.3. Factores a tener en cuenta para la eleccin segn trabajo6.4. Combustibles y combustin6.5. Objetivo de una caldera

7.- Agua de alimentacin de caldera

7.1. Condiciones que debe cumplir7.2. Efectos que produce en las calderas7.3. Esquema Operativo y acciones complementarias7.4. Influencia de la calidad del agua

8.- Prevencin de Accidentes en calderas

8.1. Decreto Supremo N 48 de 24 de Febrero del 19848.2. Mantencin de calderas8.3. Detencin de calderas8.4. Conservacin de calderas en receso8.5. Emergencias en calderas


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GENERADORES DE VAPOR8.6. Controles automticos y su mantenimiento8.7. Tablas de equivalencia y conversin

9.- Condiciones de Trabajo

9.1. Los riesgos profesionales y su prevencin9.2. Factores que determinan la enfermedad profesional9.3. Medio ambiente fsico del trabajo9.4. Condiciones termohigromtricas9.5. Radiaciones9.6. Carga de trabajo9.7. Organizacin del trabajo9.8. Evaluacin de las Condiciones de Trabajo y Salud

10.- Caractersticas de las calderas de alta presin utilizadas en la CentralTermoelctrica Tocopilla S.A.

10.1. Caldera U 9 Babcock and Wilcox10.2. Caldera U 10 Babcock and Wilcox10.3. Caldera U - 11 Babcock and Wilcox10.4. Caldera U - 12 Mitsubishi (Licencia Combustin Engineering)10.5. Caldera U 13 Mitsubishi (Licencia Combustin Engineering)10.6. Caldera U 14 Mitsubishi (Licencia Combustin Engineering)10.7. Caldera U 15 Mitsubishi (Licencia Combustin Engineering)


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GENERADORES DE VAPORFUERZA PRESION Y DENSIDAD

Concepto de la fuerza: Dar una definicin rigurosa de la fuerza, es extremadamente difcil,ya que la idea de fuerza, junto a las de espacio y tiempo, constituye un concepto primarioque la Fsica debe conformarse con caracterizar por sus efectos.

a) Producir, modificar o impedir su movimiento

b) Cambiar su forma, o sea, modificar sus dimensiones

c) Provocar su ruptura

Basados en lo anterior podemos decir que fuerza es: el concepto de la causa de losmovimientos y de sus variaciones, de las deformaciones y ruptura de los cuerpos

Medida de la fuerza

El peso de un cuerpo es una fuerza, puesto que se identifica con la fuerza de atraccin de latierra, por lo que las unidades de peso pueden utilizarse para medir cualquier tipo de fuerza.

En los sistemas absolutos se emplean la DINA y el newton, siendo la DINA la unidadabsoluta C.G.S y el newton la unidad absoluta M.K.S.

Un newton equivale a 100.000 dinas.

1 g = 980,6 dinas 1 Kg. = 980.600 dinas 1 Kg. = 9,8 newton

Si colgamos un peso al extremo de un resorte, observamos que ste se estira, recobrando sulongitud inicial al quitar el peso. El alargamiento del resorte ser siempre proporcionar alincremento del peso.

Este hecho constituye la base de los aparatos destinados a medir fuerzas que se denominandinammetros, que funcionan en base al principio:fuerzas iguales producen deformacionesiguales.

Si queremos mover un cuerpo en una direccin determinada, habr que aplicar la cantidad,medida o intensidad de la fuerza en un punto y una direccin tales, que el cuerpo se muevaen la direccin deseada.

Este punto de la direccin son el punto de aplicacin y la direccin de la fuerza, pero sobreuna misma direccin, la fuerza puede aplicarse en dos sentidos, por lo que es necesariodeterminar tambin el sentido de la fuerza.

Resumiendo:


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GENERADORES DE VAPORPara aplicar una fuerza es necesario considerar primero: su medida o intensidad; segundo:el punto de aplicacin; tercero: su direccin, que puede ser: vertical, horizontal u oblicua;cuatro: el sentido: hacia la izquierda, la derecha, arriba o abajo.

Las fuerzas y todas las magnitudes que implican las cuatro caractersticas ya vistas, se

denominan magnitudes vectoriales.Una fuerza se representa por medio de una flecha. El origen es el punto de aplicacin, lapunta indica el sentido, la recta a que pertenece la flecha indica la direccin y su longitud,representa la medida o intensidad de acuerdo a una escala previamente establecida.

Estas flechas en Fsica se denominan vectores. TODA FUERZA SE REPRESENTAGRFICAMENTE POR UN VECTOR.

Concepto de presin: Todo cuerpo ejerce en la superficie sobre la cual descansa una fuerzavertical igual a su peso, de ah que podemos definirla como: La presin ejercida por unafuerza sobre una superficie es el cuociente entre la medida de su componente normal y lasuperficie del rea de dicha superficie. El cuociente obteniendo representa el peso queacta sobre cada cm2 de la base y se le llama presin.

Fenmenos:

a) Fsicos: No alteran la composicin molecular de los cuerposb) Qumicos: Alteran la composicin molecular y dan lugar a nuevas sustanciasc) Nucleares: Modifican la estructura del ncleo del tomo (sust. Radioactiva)

Energa:

Concepto: Capacidad de la materia de producir trabajo (Principio de actividad)

a) Relacin con la materia: La materia y la energa son intercambiables, de modo que lasuma total de la materia y la energa en el universo es constante.

b) Ecuacin de Einstein: E = m c 2

LA FSICA COMO CIENCIA NATURAL

Objetivo: Estudio de los fenmenos fsicos para establecer sus causas y las leyes que losrigen.

Fundamentos:

a) Principio de la causalidadb) Principio de las leyesc) Posibilidad de expresar las leyes en forma matemtica


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GENERADORES DE VAPORd) Postulacin de conceptos fundamentalese) Definicin de unidades y sistemas de medida

Mtodo: Experimental o inductivo

Pasos: a) Observacin, b) Formulacin de una hiptesis, c) Verificacin de la hiptesismediante experimentacin, d) Enunciacin de la ley, o Teora si no puede probarse onegarse totalmente.

Ramas de la Fsica:

Mecnica, Calor, Magnetismo, Electricidad, Acstica, ptica, Fsica Molecular, FsicaNuclear y Fsico-Qumica.

Sistemas de unidades:

a) Sistemas Absolutos:

SISTEMA MAGNITUDES BASICAS UNIDADES BASICASC.G.S. Longitud masa- tiempo Cm g seg.M.K.S. Longitud masa- tiempo M kg segIngls Longitud masa- tiempo Pi lb - seg

b) Sistemas gravitacionales:

SISTEMA MAGNITUDES BASICAS UNIDADES BASICASTcnico Longitud fuerza tiempo M kg segIngls Longitud fuerza tiempo Pi lb - seg

En relacin con la utilidad de cada sistema, se acostumbra a dar la denominacin desistemas prcticos al absoluto M.K.S. y a los sistemas gravitacionales.

Fuerza normal que acta sobre cierta superficie

Presin = rea de dicha superficie

Si designamos p por presin, F por la fuerza y S por el rea de superficie, se tiene:

FP = S

Significado de la frmula:


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GENERADORES DE VAPOR

c) La presin es directamente proporcional a la fuerza, si el rea de la superficiepermanece constante;

d) La presin es inversamente proporcional al rea de la superficie, si la fuerza permanece

constante.En consecuencia: Una fuerza puede producir presiones diferentes, a condicin de que vareel rea de la superficie sobre la cual acta. De igual modo fuerzas diferente puedenoriginar presiones iguales a condicin de que sean directamente proporcionales a las reasde las superficies sobre las cuales actan.

Unidades de presin:

De la frmula de presin se deduce que: 1 unidad de presin = 1 unidad de fuerza1 unidad de superficie

dinapor lo tanto en el sistema C.G.S.: 1 (_________) = 1 baria, luego 1 baria es la presin

cm 2 ejercida por la fuerza normal de 1 dinasobre 1 cm de superficie.

newtonEn el sistema absoluto M.K.S. : 1 (________) = 1 pascal

m2

En el sistema tcnico 1 __Kg._____m2

En el sistema gravitacional ingls: 1 __ lb __Pi 2

Sin embargo, las unidades de uso ms corrientes son:

1 bar = 1 megabaria = 1.000.000 barias1 milibar = 1.000 barias (El milibar ha sido adoptado internacionalmente para medida depresiones atmosfricas)

Concepto de peso especifico: el peso especfico de un cuerpo es el cuociente entre su peso ysu volumen. Si al peso especfico lo llamamos r (rho), P el peso del cuerpo y V a suvolumen.

p = PV


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De la frmula se desprende que una unidad de peso especfico es igual al cuociente entreuna unidad de peso y una unidad de volumen.

Tambin suele ocuparse el concepto de peso especfico relativo, para expresar lacomparacin del peso de un cuerpo con el peso de un volumen igual de agua destilada a 4C.

En este caso:

Peso especfico relativo = _____ peso del cuerpo ________Peso de un volumen igual de agua

Si llamamos r al peso especfico relativo, P al peso del cuerpo P

1

al peso de unvolumen igual de agua, entonces:

1=__ P__P1

El peso especfico relativo es un cuociente sin dimensin, o sea, un nmeroabstracto.

Ejemplo: Que el peso especfico relativo del oro sea 19,3 significa que cualquiervolumen de oro pesa 19,3 veces lo que pesa igual volumen de agua destilada.

Concepto de densidad: Si determinamos por medio de una balanza, las masas m1, m2, m3,mm1 de distintos volmenes v 1, v2, v3, vn1 de una misma sustancia, y determinamoscuocientes entre las masas y sus volmenes, encontraremos valores iguales. Este valorconstante se denomina densidad o masa especifica de la sustancia por lo cual:

d (densidad) = m (masa del cuerpo)V (volumen del cuerpo)

Para determinar la densidad de un cuerpo es necesario medir su masa y su volumen, paraaplicar la frmula.

Segn las caractersticas que presentan los cuerpos, se pueden distinguir los siguientescasos:

a) Cuerpo slido de forma geomtrica


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GENERADORES DE VAPORMasa se mide por medio de una balanza

Volumen se determina aplicando las frmulas geomtricas correspondientes, como porejemplo:

Volumen del cubo = a

3

(a = arista)Volumen del cilindro: r 2h

Volumen esfera: r 3

Volumen del cono: 1/3 r 2h

b) Cuerpo slido no soluble, de forma irregular.

Masa se mide por medio de balanza.

Volumen: se determina introduciendo el cuerpo en el lquido de un depsito graduado. Elaumento de volumen marcado en la probeta por ejemplo, representa el volumen del cuerpo.

c) Cuerpos lquidos

Masa se mide por medio de la balanza

Volumen: se determina mediante una probeta graduada o matraz aforado.

Existen otros procedimientos que por el momento no trataremos.

CUESTIONARIO DE PRACTICA

1.- Defina o explique los siguientes conceptos:

a) Magnitud escalar:

b) Magnitud vectorial:

c) Fuerza:

d) Presin:e) Peso especfico

f) Peso especfico relativo:

g) Densidad:


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GENERADORES DE VAPOR2.- Qu caractersticas permiten representar una fuerza?

3.- Qu fuerza acta permanentemente sobre los cuerpos?

4.- Qu ocurra si no existiese la fuerza de la gravedad?

5.- Cmo podra probar que el peso de los cuerpos vara con la latitud?

6.- Por qu se utilizan raquetas o esques para andar sobre la nieve?

7.- Es lo mismo densidad que peso especfico?

Resuelva los siguientes problemas:

1.- Sobre la cabeza de un alfiler acta una fuerza de 100 g. Qu presin ejerce su punta sitiene 0,01 mm2de superficie?

R: 1.000 Kg./cm2

2.- El pistn de un gato hidrulico de vehculos tiene 7 dm2de superficie. Qu presin serequiere para levantar un coche que pesa 1.200 kg.?

R: 1,7 Kg./cm2


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GENERADORES DE VAPORMECANICA DE LOS LIQUIDOS

Ya sabemos que los slidos tienen forma propia, en cambio los lquidos no la tienen yadoptan la del recipiente que los contienen, pero su diferencia fundamental est en que losslidos transmiten las fuerzas solamente en la direccin en que stas se aplican, en cambio

los lquidos en equilibrio transmiten las presiones sobre ellos ejercidas en todas lasdirecciones y con igual intensidad.

Como el lquido transmite la presin en todas las direcciones con igual intensidad, alaumentar la superficie debe aumentar tambin la fuerza, en igual proporcin.

Si se invierte el orden en el experimento de la figura anterior, observaremos que la fuerzase reduce en vez de aumentar.

Luego los lquidos poseen la propiedad de aumentar o reducir las fuerzas,proporcionalmente a las superficies contra las cuales actan, de acuerdo al principio dePascal. Prensas, frenos, gatos hidrulicos, etc., son aplicaciones de este principio.

Responda las siguientes preguntas:

1.- Por qu se emplean los lquidos para transmitir presiones?

2.- Por qu los lquidos transmiten presiones en todas direcciones?

3.- Por qu el principio de Pascal no se aplica a los slidos?

4.- Por qu se prohbe la pesca con explosivos?

Presin Hidrosttica: Es la presin que ejerce un lquido permanentemente sobre el fondo.

De qu depende la presin ejercida por el lquido sobre el fondo del recipiente?

Normalmente la presin (p) sera el cuociente entre el peso (p) del lquido contenido y lasuperficie (S) del rea basal que lo contiene:

p = ___P__S pero P = V x p


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por lo que si el recipiente es un cilindro o un prisma recto, el volumen V del lquidocontenido hasta una altura h, ser:

V = S x h (superficie bsica por altura)

Luego: p = S x h x p, o sea, p = h x pS

Esta frmula nos indica claramente los factores de los cuales depende la presin que unlquido ejerce sobre el fondo del recipiente que lo contiene, y al mismo tiempo expresaotras consecuencias:

a) La presin sobre el fondo es directamente proporcional a la altura de la columnalquida que soporta.

b) La presin sobre el fondo es directamente proporcional al peso especfico dellquido que contiene el recipiente.

c) La presin sobre el fondo es independiente del peso total del lquido. Esto significaque si los niveles, en diferentes vasos con un mismo lquido, estn a igual altura, laspresiones sobre el fondo son iguales, cualquiera sea el peso total del lquido en cadavaso.

d) La presin sobre el fondo es independiente de la forma del recipiente que contieneel lquido.

Impusimos para el clculo, la condicin de que el recipiente fuera un cilindro o una primarecto. Ahora esa condicin se hace innecesario, pues hemos visto que influyen en el valorde la presin hidrosttica sobre el fondo, slo la altura del lquido y su peso especifico.

Esto explica de manera sencilla un hecho aparentemente contradictorio, que se denominaparadoja hidrosttica.

Consideremos tres recipientes de forma distinta, con igual rea basal y llenos hasta igualnivel con el mismo lquido:

Segn lo expuesto, en los tres vasos la presin sobre el fondo tiene igual valor: p = h x p, ycomo adems la presin se mide por: p = F/S, resulta que F = p x S, es decir, la fuerzaejercida sobre el fondo de los tres vasos tambin es igual.

Pero, por la diferencia de forma, los vasos tienen capacidades distintas y de ello resulta laparadoja: la fuerza sobre el fondo puede ser igual, mauro o menor que el peso total dellquido contenido en el recipiente.

La fuerza con que el lquido acta contra las paredes del recipiente se mide por losproductos de la presin media (Punto representativo, que en la prctica, para clculos que


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GENERADORES DE VAPORno exigen de mayor rigor, se considera como el centro de gravedad de la superficie decontacto con el lquido), por el rea de las paredes de contacto con el lquido, o sea, F= p xS. Sin embargo, como la presin hidrosttica aumenta en proporcin directa a alaprofundidad, la fuerza lateral del lquido va aumentando con ella. Por esta razn, lasparedes de estanques y represas deben construirse de modo que su espesor aumente con la

profundidad.Ley fundamental de la Hidrosttica: La diferencia de presin entre dos puntos de unmismo lquido en equilibrio, es igual al producto de su peso especfico por ladiferencia de nivel entre esos puntos.

Hemos establecido que en un liquido en reposo, dos puntos situados a igual nivel tienenigual presin que dos puntos situados a diferente nivel, tienen presiones diferentes.

Consideremos los puntos A y B en el seno de un lquido a distinta profundidad.

En vasos comunicantes los lquidos estarn a igual altura. Esta ley tiene numerosasaplicaciones como: Indicador de nivel de agua de las calderas, red de distribucin de aguapotable, pozos artesianos, exclusas como las del canal de Panam, etc.

En los vasos comunicantes con lquido diferente, que no se mezclan (no miscibles), lasalturas son inversamente proporcionales en los pesos especficos respectivos. Esto significaque a mayor peso especfico, menor altura y viceversa.

Conteste las siguientes preguntas:

1.- De qu factores depende la presin hidrosttica?

2.- Cmo vara la presin en relacin con ellos?


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GENERADORES DE VAPOR3.- Por qu los estanques y represas requieren distinto grosos de las paredes a mayorprofundidad?

4.- Explique como pasa un barco a travs del canal de Panam

Fluidos en reposo

DENSIDAD: (absoluta) p de un cuerpo = masa por unidad de volumen =masa del cuerpo = mvolumen del cuerpo V

La densidad de los slido y lquidos se mide en las unidades coherentes g/cm3 , kg/m 3 yutm/m3. La densidad de los gases , se suele expresar en g/litro o en g/cm 3.

Densidad p del agua a 4C = 1 g/cm3= 1.000 kg/m 3= 102,4 utm/m 3

PESO ESPECIFICO = g de un cuerpo = peso por unidad de volumen =Peso del cuerpo (mg) = m g = g = yVolumen del cuerpo (V) V

Peso especfico =pgdel agua a 4C = 980 dinas/cm 3 = 9.800 N/m 3= 1.000 kp/m 3

Nota: La densidad p del agua a 4 C = 980 dinas/cm3

980 m /s

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DENSIDAD RELATIVA () de una sustancia es la relacin o cuociente entre la densidadde la misma y la correspondiente a otra sustancia que se toma como patrn. En los slidosy lquidos la densidad relativa se suele referir al agua, mientras que los gases, normalmente,se refieren al aire.

( de un cuerpo = densidad del cuerpodensidad del agua

= masa del cuerpo = peso del cuerpo (mg)masa de un volumen igual de agua volumen del cuerpo (V)

Densidad relativa del agua = 1 en cualquier sistema de unidades. La densidad relativa deuna sustancia viene expresada por el mismo nmero en cualquier sistema de unidades. Esun nmero puro sin dimensiones.


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La densidad absoluta y relativa de una sustancia tiene el mismo valor numrico cuando ladensidad se expresa en g/cm3, ya que, es estas condiciones, la densidad del agua vale 1g/cm3.

En el sistema mks (Giorgi), la densidad del aluminio = 2,70 x densidad del agua= 2,70 x1.000 kg/m3= 2.700 kg/m 3

En el sistema terrestre o gravitatorio.

1) densidad p del aluminio =2,70 x densidad del agua=2,70 x 102,4 utm/m3= 276,48 utm/m 3

2) peso especfico = g del aluminio = 2,70 x peso especfico del agua= 2,70 x 1.000 kg/m3 = 2.700 kg/m3

PRESIONp = fuerza por unidad de superficie

= fuerzaF normal a una superficie .rea A de la superficie sobre la que la fuerza se halla distribuida

p = FA

Las unidades de presin son: dinas/cm2, N/m2y kp/m 2. En la prctica, se emplea mucho launidad no coherente kp/cm2.

La presinpdebida a una columna de fluido de altura ky densidad pes:

P = pgh = h(dinas/cm

2) = (g/cm

3) x g (980 cm/s

2) x h (cm)

(N/m2) = (kg/m

3) x g (9,8 ms

2) x h (m)

(Kp /m2) = (utm/m

3) x g (9,8 m/s

2)x h(m)

Fluidos en movimiento

CAUDAL Q. Cuando un fluido fluye por una tubera de seccin recta A con una velocidadv, se define el caudal Q como el volumen de lquido transportado por unidad de tiempo, esdecir,


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GENERADORES DE VAPORQ = Av

En donde Q se expresa en las unidades coherentes cm3/a y m3/s

Nota: Se llama flujo de un fluido a travs de una seccin, la masa que la atraviesa en la

unidad de tiempo; tambin se llama caudal msico. Se define elgastopor el producto delcaudal por el tiempo.

ECUACIN DE CONTINUIDAD: En el caso de un fluido incomprensible que fluye poruna tubera de seccin recta variable, se verifica:

Q = A1 v 1 = A 2 v 2 = constante

En donde v1 y v 2 son las velocidades medias del fluido en las secciones rectas A 1 y A 2respectivamente.

TEOREMA DE BENOULLI. En el fluido perfecto (sin rozamientos internos),incompresible y en rgimen estacionario, la suma de las energas, de presin, cintica (o develocidad) y potencial (o de altura) en cualquier punto de la vena lquida es constante.

(1) p1 m+ 1 mv21+ mgh1 = p

2 m + 1 . mv 22 + mgh2( 2 ( 2

En donde: m es la masa de fluido consideradop es la densidad del fluidop1v 1y h 1son la presin, velocidad y altura de un punto de la corrientep2 v2y h 2son la presin, velocidad y altura de otro punto

En el sistema terrestre o gravitorio, m se expresa en utm, p1 en kp/m2, p en utm/m3, pg = yen kp/m3, g = 9,8 m/s2, y h en m.

Dividiendo cada trmino de la ecuacin (1) por m/p, resulta

(2) p1 + 1 pv21+ h1pg = p2 + 1 .pv22 + h2pg

2 2

Dividiendo cada trmino de la ecuacin (1) por mg, se obtiene

(3) p1 + v21 + h1 = p 2 + v22 + h2

p2 2g pg 2g

Conviene observar que cada uno de los trminos de la ecuacin (1) tiene las dimensiones deuna energa, los de la ecuacin (2) las de una expresin y los de (3) de una longitud (altura).

VELOCIDAD DE SALIDA de un lquido por un orificio = 2gh (Teorema de Torricelli),siendo h la altura del lquido por encima del orificio, supuesta constante.


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TRABAJO realizado por un pistn al desplazar a comprimir un lquido en un cilindro encontra de una presin = presin media x volumen.

B. CALORDilatacin de slidos y lquidos

CONVERSIN DE GRADOS CENTGRADOS Y FAHRENHEIT. El intervalocomprendido entre los puntos de fusin y ebullicin del agua se divide en 100 partesiguales en la escala centgrada de temperatura y en 180 en la escala Fahrenheit. Cada parterepresenta un grado (C o F). Por tanto.

1 grado centgrado (C) = 180 = 9 de grado Fahrenheit (F)100 5

1 grado Fahrenheit (F) = 100 = 5 de grado centgrado (C)180 9

Adems, a la temperatura del punto de fusin del agua pura (a la presin atmosfrica), laescala centgrada le asigna el valor 0, y la Fahrenheit, sin embargo, el valor 32, es decir 0C = 32 F. En consecuencia

Temperatura centgrada = 5/9 x (temperatura Fahrenheit 32)Temperatura Fahrenheit = 9/5 x (temperatura centgrada +32)

DILATACIN LINEAL DE SOLIDOS. Al calentar un cuerpo experimentado unincremento de sus dimensiones; el aumento de longitud (I) es, muy aproximadamente,proporcional a su longitud inicial y al incremento de temperatura (I) comunicado. Sean I1y I2 las longitudes inicial y final, a la constante de proporcionalidad, en aquellascondiciones.

Variacin de longitud 1 = 1211 = ( 11 1Longitud final 12 = 11 + ( 11 1 = 11 (1 + ( 1)

La constante a se denomina coeficiente de dilatacin lineal que depende de la naturaleza dela sustancia del cuerpo.

De la relacin anterior, se deduce: ( = 1 .111


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GENERADORES DE VAPORPor lo tanto, a representa, fsicamente, la variacin de longitud por unidad de longitud ygrado de temperatura. Por ejemplo, si 1,000000 cm de longitud de una barra de latn seconvierte en 1,000019 cm al elevarse su temperatura 1C, el coeficiente de dilatacin dellatn.

5 1= 0,000019 cm = 1,9 x 10 (C)

1,000000 cm x 1C

DILATACIN CUBICA. Si un volumen V1 se dilata y se convierte en V2 elevar sutemperatura en I, se puede escribir

Variacin de longitud V = V2V1 = ( V1 1Longitud final V2 = V1 + (V11 = V1(1 + ( 1)

En el caso de los slidos, aproximadamente, B = 3 x coeficiente de dilatacin lineal 0 3

PROBLEMAS RESUELTOS

1. Los puntos de fusin y ebullicin, a la presin atmosfrica, del alcohol etlico son 117C y 78,5C respectivamente. Convertir estas temperaturas a la escala Fahrenheit.

Solucin

Fahrenheit = 9/5 x centigrade + 32

Punto de ebullicin, F = 9/5 x 78,5 + 32 = 141 + 32 = 173FPunto de fusin, F = 9/5 x (-117) + 32 = - 211 + 32 = -179 F

Calorimetra, fusin, vaporizacin

EL CALORes una forma de energa. La unidad ms utilizada en la medida de la cantidadde calor, en el sistema mtrico, es la calora y su mltiplo la kilocalora, que se definen,respectivamente, como sigue:

1 calora (cal) = cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 grama de agua

en 1 grado centgrado.

Nota: A pesar de que la calora fue definida, en principio, como se ha establecido,posteriormente se ha comprobado que la energa necesaria para elevar la temperatura de 1 gde agua en 1C depende ligeramente de la temperatura, pero esta variacin es del orden delmedio por ciento en el intervalo de 0 a 100C. Por consiguiente, todos los trabajos que norequieran una precisin superior al uno por ciento, la definicin dada es ms que suficiente.Para trabajos o estudios ms precisos se define la calora en funcin de la unidad de energa


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GENERADORES DE VAPORdel sistema mks; experimentalmente se ha medido el equivalente mecnico del calor y vale:1 cal = 4,184 J. Con gran aproximacin, una calora es la cantidad de energa necesariapara elevar la temperatura de 1 g de agra desde 16,5 a 17,5C.

1 kilocalora (kcal) = 1.000 cal.

CALOR ESPECIFICO. Es una sustancia (es numricamente igual al nmero de ) =caloras necesarias para elevar la temperatura de 1 g de dichas sustancias en 1C.

El calor especfico se mide en caloras por gramo y grado centgrado (cal/g C)

De la definicin de la calora se deduce que el calor especfico del agua es igual a la unidad(1cal/gC 1 kcal/kg C) , siempre que se desprecian las variaciones con la temperatura.

CAPACIDAD CALORFICA o equivalente en agua de un cuerpo es la cantidad de calornecesaria para elevar la temperatura del cuerpo en un grado. Se mide en caloras por gradocentgrado (cl/C)

Capacidad calorfica de un cuerpo = masa del cuerpo x calor especfico

EL CALOR GANADO O PERDIDO por un cuerpo que no experimente ningn cambiode estado,

= masa x calor especfico x variacin de temperatura

Q= m x c x 1

en donde Q = cantidad de calor (cal o kcal), m = masa (g o kg), c = calor especfico (cal/gC o kcal/kg C) y = variacin temperatura (C)

CALOR DE VAPORIZACINde un lquido es la cantidad de calor necesario para pasaral estado de vapor la unidad de masa del lquido en cuestin sin que vare su temperatura.

Calor de vaporizacin del agua = 540 cal/g o kcal/kg (a 100 y atm)

CALOR DE SUBLIMACIN de una sustancia es la cantidad de calor necesaria paratransformar directamente la unidad de masa de la sustancia en cuestin desde el estadoslido al gaseoso a una temperatura fija.

HUMEDAD ABSOLUTAes la masa de vapor de agua contenida en la unidad de volumende la atmsfera. Normalmente se expresa en g/m3 aunque sus unidades coherentes en lossistemas cgs, mks y terrestre son, respectivamente, g/cm3, kg/m3y utm/m 3.

HUMEDAD RELATIVA= masa del vapor de agua contenida en la unidad de volumen de aireMasa del vapor en la unidad de volumen de aire saturado a la misma temp


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GENERADORES DE VAPOR= tensin del vapor de agua en el aire .tensin del vapor de gara en aire saturado a la misma temperatura

(ya que la tensin ejercida por el vapor de agua es, aproximadamente, proporcional a lamasa del vapor de agua contenida en la unidad de volumen)

Punto de roco es la temperatura a la cual debe enfriarse el aire, manteniendo la presinconstante, para que se sature de vapor de agua.

PROBLEMAS RESUELTOS

1.a) Hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 100 g de cobredesde 10C a 100 C. b) Suponiendo que a 100 g de aluminio a 10C se le suministrase lacantidad de calor del apartado a), deducir que cuerpo, cobre o aluminio, estar ms caliente.El calor especfico del cobre es 0,093 y del aluminio 0,217 expresados en cal/gc.

1.- Nociones generales sobre el vapor en uso industrial: La energa del combustible(carbn, gas licuado, energa atmica, etc.) es traspasada al agua, que al calentarse sevaporiza, con lo cual se puede utilizar su fuerza y su energa calrica.

El agua se evapora lentamente en el aire a diferencia de otros que son ms voltiles como elalcohol, ter y gasolina. Tambin hay lquidos que no se evaporan o lo hacen con muchadificultad como los aceites.

Debe quedarnos claro que a mayor temperatura la evaporacin aumenta. A nosotros nosinteresa el proceso de evaporacin por ebullicin.

Factores que influyen en el punto de ebullicin:

a) La presin exterior: A menor presin desciende el punto de ebullicin. Esto quedaclaro al hacer hervir agua en la alta montaa para cocinar porotos, por ejemplo. Elagua hierve o ebulle a menor temperatura, por eso a igual tiempo de coccin a niveldel mar, los porotos quedan duros.

b) La profundidad del lquido: La presin hidrosttica se suma a la atmosfricaretardando la ebullicin, o lo que es lo mismo, elevando su punto de ebullicin.


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GENERADORES DE VAPORc) Los gases disueltos en el lquido: El aire o cualquier otro gas disuelto en el agua

acelera el proceso de ebullicin, por lo cual a mayor cantidad de gas, ms bajo es elpunto de ebullicin

d) Las sales en disolucin: Retardan el proceso y elevan el punto de ebullicin.

De lo dicho comprendemos que el punto de ebullicin de un lquido puro y de pocaprofundidad, slo depende de su naturaleza y de la presin que soporta su superficie.

Explique cmo opera la olla a presin:

Conteste: Que ventaja de tipo econmico presenta la olla a presin?

Condensacin del Vapor de agua: Al quitarle calor al agua que se encuentra enebullicin, el vapor se enfra, se condensa y vuelve al estado lquido. El calor desprendidopor el vapor al condensarse se aplica en calefaccin, porque el agua tiene uno de los msaltos calores especficos y a la vez uno de los calores de condensacin ms elevados.

La evaporacin tiene mltiples aplicaciones en los procesos industriales, tales como laconcentracin de soluciones y producir bajas temperaturas.

La ebullicin es el proceso por el cual el lquido pasa de su estado natural al vapor poradiccin de calor. Este fenmeno efecta a determinada temperatura, caracterstica paracada lquido, que en el caso del agua es de 100C a nivel del mar, y en un depsito abierto ala atmsfera. Cuando el agua entra en ebullicin, su temperatura se mantiene constante, nosube por ms que se aumente la fuente de calor, slo se consigue una ebullicin msviolenta o turbulenta de la masa de agua.

Si el calentamiento se efecta en un depsito cerrado, donde el vapor producido por laebullicin no puede escapar, la temperatura y la presin subirn con la formacin de vaporadicional Mientras que el agua y el vapor alcancen aproximadamente la temperatura de lafuente de calor (calderas, marmitas, ollas a presin)

2. Clases de vapor que produce una caldera: El vapor, al igual que el agua, estacompuesto de (H) hidrgeno y (O) Oxgeno. Al entrar en contacto con el aire toma uncolor blanco debido a la formacin de gotas de agua en condensacin


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GENERADORES DE VAPORToda caldera produce vapor saturado, es decir, se encuentra en contracto con el lquido aevaporar sin sobrepasar la temperatura de evaporacin. Las calderas pueden producir vaporsaturado seco o hmedo, segn lleve o no partculas de agua sin vaporizar.

La produccin de uno y otro tipo de vapor depende el tipo de caldera, del volumen de su

cmara de vapor, de la mayor o menor distancia que existe entre el nivel de agua y la salidade vapor, de la velocidad de circulacin presin de trabajo, etc.

El vapor saturado que se usa en instalaciones de calefaccin o procesos industriales, por logeneral no requiere de alto grado de purificacin. Vapores de 97 de calidad y 3 dehumedad son adecuados para cualquier uso, y se obtienen con separadores primarios o porgravedad.

Vapor recalentado: Ninguna caldera produce directamente este tipo de vapor. Elrecalentamiento es un proceso posterior para el vapor saturado de la caldera, al cual se lehace pasar por un serpentn de poco dimetro sometido a calor. Este proceso logra secar elvapor y se le aumenta su temperatura sin aumentar su presin.

El vapor recalentado se usa en procesos industriales y es bsico para mover las turbinas enplantas termoelctricas, ya que es la energa calrica la que se traduce en movimientomecnico, lo que significa que a mayor temperatura del vapor ms efectividad.

3. Medicin de la temperatura: Se define la temperatura como el nivel de actividadmolecular que tiene un cuerpo. En este concepto no interviene ni la masa, ni su tamao,sino slo su actividad molecular. Se dice que un cuerpo est caliente cuando sutemperatura es alta.

Una esfera de 10 hierro de 10 cm de dimetro y otra de 1 cm pueden tener la mismatemperatura, pero la de mayor dimetro tendr mayor cantidad de calor.

Explique la diferencia entre calor y temperatura

Recuerde, calor es energa y temperatura es la medicin cuantificada de la energa calrica.

Para medir la temperatura se usan escalas termomtricas. Conoce algunas? Escrbalas

La ms conocida es la escala centgrado (C) o Celsius, basada en el sistema mtrico, ytambin la del sistema ingls llamada escala Fahrenheit.


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De acuerdo a la tabla interior es posible establecer una equivalencia entre ambas escales:

C (F 32)

=100 180

Entonces

C = 5 . (F 32)9

F x 321.8

=

F = 9 . (C 32)5

1.8 C + 32=

Temperatura absoluta es la que se mide a partir del cero absoluto, pero nunca se haalcanzado este punto, la temperatura ms baja a que se ha llegado est cercana a los 250C.


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GENERADORES DE VAPORLa temperatura se expresa en grados y se mide en valores bajos con termmetros y envalores altos con pirmetros.

Los termmetros ms usados son los de mercurio, que tiene como desventaja que sesolidifican a 39.5, pero slo hierven a 375C, los termmetros de alcohol son buenos para

bajas temperaturas ya que se solidifica slo a 130 C, pero hierve a 78C.Los pirmetros generalmente del tipo culpas trmicas, consisten en fajas metlicasdiferentes unidas y en contacto cerrado, que se conectan por conductores elctricos a ungalvanmetro. La diferencia de potencial elctrico generado en metales diferentes por elcalentamiento, es la que se traduce en una indicacin en las graduaciones de un dial queexpresa la temperatura en C o F. El instrumento normalmente se usa a distancia, para locual se coloca la termocupla en el punto de medicin, unida por cables al instrumento quepuede estar lejos del foco o en un panel central.

Responda:

1. Haga la equivalencia de 100F a C

2. Cuntos grados Fahrenheit son 60C?

3. Cuntos grados Rankine son 100F?

4. Haga la conversin de 60 en Kelvin

4,. Calor y equivalencia: El calor esta definido como una forma de energa que semanifiesta aumentando la temperatura de los cuerpos, dilatndolos y pudiendo llegar afundir los slidos y evaporar los lquidos.

La cantidad de calor depende de la masa de los cuerpos, a mayor masa ms calor puedeacumular.

Ejemplo: Dos cuerpos de la misma composicin (las esferas de hierro que nombramos alcomienzo del curso), tienen la misma temperatura, pero acumula ms calor la de mayordimetro (mayor masa)

Para medir el calor se recurre normalmente a una unidad de medida del sistema mtrico lacalora (Cal), que se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperaturade 1 litro o kilo de agua en 1C.

El sistema ingls usa el BTU (British Termal Unit), que se define como la cantidad de calornecesaria para elevar en 1F la temperatura de libra de agua.


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GENERADORES DE VAPOREQUIVALENCIAS:

1 Kg. = 1.000 g.1 libra = 453.6 g1 Kg. = 2,2046 libras

1C = 1,8 F1Cal = 2.2046 x 1.8 = 3.968 BTU1 BTU = 0.252 Cal

5. Calor sensible, calor latente y calor total de vaporizacin

Calor sensible, es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 kilo de agua desde 0 a100C.

Calor latente, es la cantidad de calor necesaria para transformar 1 Kg. de agua a 100C.Esta cantidad de calor corresponde a 540 caloras.

Calor total de vaporizacin, es la cantidad de calor necesaria para transformar 1 Kg. deagua de 0C en vapor a 100C, o sea, es la suma del calor ms el calor latente.

El calor total de vaporizacin y la temperatura del vapor aumentan muy poco con elaumento de la presin.

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646653120143

Ejercicios:

1. Calcular la cantidad de calor necesaria para calentar 1m3 de agua desde 15C hasta 80C

Respuesta

1 m3 = 1.000 litros de agua80C 15C = 65C elevacin de temperatura para calentar 1 litro de agua en 1C se

necesita 1 calora

Para calentar 1 litro de agua en 65C se necesitan 65 calorasPara calentar 1.000 litros de agua en 65C se necesitan 65.000 caloras.


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GENERADORES DE VAPOR2. Calcular la cantidad de calor necesario para evaporar 100 litros de agua, encontrndose el

agua a 0CDesarrollo

Calor sensible para calentar el agua de 0C a 100C

Para calentar 1 litro de agua en 1C se necesita 1 caloraPara calentar 1 litro de agua en 100C se necesitan 100 calorasPara calentar 100 litros de agua en 100C se necesitan 10,000 caloras

Calor sensible: 10,000 caloras

Calor latente para transformar los 100 kilos de agua a 100C en vapor de agua a 100CPara evaporar 1 litro de agua a 100C en vapor a 100C se necesitan 540 calorasPara evaporar 100 litros de agua a 100C en vapor a 100C se necesitan 54.000 caloras.

Calor latente: 540 caloras

Calor toral necesario para evaporar los 100 litros de agua desde 0C

Respuesta: 10.000 Caloras + 54.000 caloras = 64.000 Caloras

TRANSMISIN DE CALOR

El calor se transmite de un cuerpo de mayor temperatura a otra de menor temperaturamediante tres formas: Conduccin, conveccin y Radiacin.

Conduccin: Es la forma en que se transmite en los cuerpos slidos, y se propaga a travsdel movimiento vibratorio de las molculas de los cuerpos. Si colocamos el extremo de unmetal de una fragua caliente, el calor lo sentiremos en el otro extremo por que se hatransmitido por conduccin a lo largo de la barra. La rapidez de la propagacin vara segnla naturaleza del cuerpo, los buenos conductores son aquellos en que la conduccin esrpida, y malos aquellos en que es lenta.

Los mejores conductores de calor son los metales, las sustancias orgnicas y el agua sonmalos conductores calor.

Conveccin: Es la transmisin del calor por el movimiento de la sustancia misma, y es laforma en que se propaga el calor en los lquidos y gases. Por ejemplo, cuando calentamosel fondo y lados de una vasija que contiene, disminuye la densidad de las capas de lquidoms cercana al foco de calor producindose un movimiento ascensional de agua mscaliente y bajan las capas superiores ms fras y por lo tanto ms densas. De esta manera seproduce una circulacin continua que tiende a igualar la temperatura de toda la masa,poniendo en contacto las partes ms fras con las ms calientes.

El calentamiento del aire y de los gases tambin se transmiten por conveccin, ya que alcalentarse se hacen ms ligeros o livianos al disminuir su densidad y adquieren un


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GENERADORES DE VAPORmovimiento ascensional deslazando el aire ms fri que baja por su mayor peso y alcalentarse vuelve a sube generando movimientos llamados corrientes convectivas, quetienden a subir y bajar continuamente hasta que la temperatura se normaliza en el ambiente.A travs de la conveccin se produce el tiraje natural en las calderas y la calefaccin porradiadores.

Radicacin: Es la transmisin de un calor de un cuerpo caliente a uno ms fro a travs delespacio, sin necesidad de un medio material que lo conduzca o transporte. Un ejemplotpico de transmisin por radiacin es del sol que a travs de la enorme distancia que losepara de la tierra la calienta sin que haya contacto de ningn tipo entre ambos.

Una persona a cierta distancia del fuego experimentar una sensacin de calor que no sedebe a la temperatura del aire, que cesa inmediatamente si se interpone una pantalla, lo cualno sucedera, si el ambiente tuviese una temperatura elevada. Lo mismo sucede cuando seinterponen las nubes al paso del sol, disminuyendo inmediatamente la temperatura. Elcalor radiante se propaga en lnea recta y en todas direcciones alrededor del foco de color yse transmite en el vaco lo mismo que en el aire.

6. Unidades de Presin y equivalencias: Presin es el efecto que una fuerza producesobre algo, ese algo siempre tiene una superficie, la presin se mide con un instrumentodenominado manmetro, que segn el tipo o marca puede entregar la presin medida endistintas unidades.

En el sistema mtrico la fuerza se mide en kilos y la superficie en cm2, obtenindose launidad de presin Kg/cm2. Esto significa: la fuerza que ejerce 1 kg sobre un cm2 desuperficie.

En el sistema ingls la fuerza se mide en libras (Lbs) y la superficie en pulgadas 2,obtenindose la unidad de presin Lbs/pulg2

La presin suele medirse tambin en funcin de la presin atmosfrica normal, que es lapresin equivalente a la ejercida por una columna de mercurio de 760 mm de altura, a latemperatura de 0C, a nivel del mar y a 45 de latitud.

Los manmetros miden presiones relativas efectivas o manomtricas, si a la presinmanomtrica le sumamos la presin atmosfrica, se obtiene la presin absoluta.

Cuando el nivel de referencia est constituido por la presin atmosfrica, el vaco se midepor la disminucin de presin por debajo de la atmsfera.

Ejemplo:

Un vaco de 500 mm de mercurio, a presin baromtrica de 760 mm, significa que lapresin absoluta mide 260 mm (760 500 = 260)


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GENERADORES DE VAPOREl instrumento que mide la presin atmosfrica se llama barmetro. Para medir presionesbajas se utilizan tubos U llenos de agua, mercurio o petrleo.

Por seguridad y/o aseguramiento de la calidad, todos los instrumentos de medicin, ennuestro caso los destinados a medir presiones, deben comprobarse peridicamente. Dentro

de lo que son las Normas ISO, esto se denomina metrologa y significa que todos losinstrumentos deben estar peridicamente certificados por el organismo competente.

Se trata de que las mediciones sean seguras. El desajuste se produce normalmente porvibraciones, sobre presiones o trabajo a temperaturas demasiado elevadas, que generan unadeformacin en los muelles.

La forma ms comn de comprobar rpidamente la calidad de medicin de los manmetroses comparar sus indicaciones con las de otro denominado patrn, que a su vez tambindebe ser comprobado peridicamente.

REPRESENTACIN GRAFICA DE PRESION ABSOLUTA,RELATIVA Y VACIO

EQUIVALENCIAS:

Para el caso de las calderas se utiliza la atmsfera tcnica o mtrica, cuyas equivalenciasson:

1 atm = 1 Kg/cm2 = 14,3 Lbs/pulg 2 = 10 columna de agua = 0.98 bar.

Lo normal en este caso es que operador observe el extremo de la chimenea sin abandonarsu puesto de trabajo. Si no pudiese observar el extremo libre de la chimenea, debe observarel hogar para comprobar que la combustin sea brillante y clara, en contrario estarnsaliendo humos negro.


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Recordar que una buena combustin elimina slo gases calientes incoloros, sin que seaprecien humos visibles.Cuando se trabajo con exceso de aire, no se ven humos por la chimenea, pero, lacombustin puede descontrolarse al bajar la temperatura del fogn. Esto significa que hay

que dosificar el aire necesario para la combustin.El procedimiento de control se basa en la observacin (cuando no existen instrumentos):

Cuando se trabaja con todo el templador abierto, la llama y los gases son arrastrados deforma violenta, incluso con ruido, la llama se perfila hacia los ductos de gases arrastradapor el tiro, no se sabe en ese momento si el aire que pasa es el correcto o hay exceso, por locual:

a) Se empieza a cerrar el templador o control de tiraje lentamente, hay que observar elcomportamiento de la llama y los gases cada vez que se modifica la posicin decierre. Llegar el momento en que la llama se endereza, los gases pierden velocidad.Si la combustin se oscurece y aparece humo,

b) Falta de aire y hay que proceder a abrir lentamente el templador hasta aclarar elfuego, y eliminar el humo, as, a ojo, esta sera la posicin correcta del templador paraasegurar el aire necesario sin gran exceso.

Por esto mismo, para dar un servicio a una hora determinada, el operador debe encendercon la debida anticipacin para evitar tener que apurar el fuego, con lo que lograr unamala combustin.

Recuerde que: estando el combustible en condiciones apropiadas, aire suficiente y altatemperatura en el hogar, la combustin debe ser buena en una instalacin bien hecha. Noolvide que en toda combustin que se observen humos negros, hay mala combustin y sedeber a una o ms de las siguientes causas: Falta de aire, exceso de combustible, falta detemperatura en el hogar.

EL OBJETIVO BASICO EN CALDERAS EN LOGRAR EL MEJORAPROVECHAMIENTO DEL COMBUSTIBLE

Un caso totalmente distinto son los incineradores, ya que el objetivo es eliminar desechos,sin aprovechamiento del calor. Como los combustibles son normalmente de baja calidad,se utiliza combustible adicional para lograr la incineracin total mediante una buenacombustin.

Lo que hay que controlar entonces es el combustible que se agrega para no malgastarlo.


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GENERADORES DE VAPORAGUA DE ALIMENTACIN DE CALDERAS

Se utiliza aguas de cualquier procedencia que pueden utilizarse con ventaja y seguridad.Normalmente proceden de ros, lagos, pozos, mar y aguas lluvias. Por su procedencia es

imposible evitar las impurezas que arrastre y o contenga disueltas, que la hacen inapta paraconsumo humano o industrial.

Condiciones que debe cumplir:

a) Clara con turbidez inferior a 10 ppm, si es superior debe ser sometida a filtracin

b) Exenta a dureza no carbnica

c) Dureza total no superior a 35 ppm

d) Exenta de aceite

e) Bajo contenido de slice

f) pH adecuado ( no inferior a 7)

Clasificacin de las impurezas:

1. Slidos en suspensin: Barro o arcillas, materias orgnicas, arenas o slices.

2. Sales disueltas como cloruros, sulfatos alcalinos, sales de calcio, magnesio, etc.

3. Gases disueltos: Oxgeno y nitrgeno, anhdrido carbnico

EFECTOS QUE PRODUCEN EN LAS CALDERAS:

Slidos en suspensin: Producen embaucamientos en coaccin con las sales disueltas.Deben ser eliminadas en su mayor parte antes del ingreso a la caldera, mediante filtrado o sifuese necesario empezar por coagulacin, decantacin y filtrado. Si se utiliza agua potable,esta ya ha sido tratada.

Sales disueltas: Lo que da dureza al agua son las sales de calcio y magnesio, que secaracteriza por producir depsito adherente en forma de costra llamados incrustaciones.

Esto se controla adicionando controladamente al agua de alimentacin ciertas sustanciasgelatinosas o alcalinas denominadas desincrustantes, que no les permiten depositarse comocostra dura, sino como simple barro de fcil eliminacin mediante purgas. La adicin debecomplementarse con mtodos de sustraccin.

Mtodos de sustraccin:

a) Agregar cal y soda: Se agrega al agua de alimentacin en forma dosificada xido decalcio (Cal) y carbonato de sodio (soda), los que reaccionan con la dureza del agua


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GENERADORES DE VAPORprovocando su precipitacin antes de que ingresen a la caldera. El mtodo es muyefectivo, siendo su principal problema el costo de los reactivos y el empleo de grandesvolmenes para decantacin y las unidades filtrantes.

b) Intercambio inico: Esto mtodo consiste en emplear ciertas sustancias del tipo deresinas sintticas de ciclo reversible o zeolitas, puestas en aparatos denominadas

ablandadores. Su funcin es el intercambio de sales de calcio y magnesio queproducen incrustaciones por otras como el sodio o hidrgeno que no producenincrustaciones.

La forma de operar es la siguiente:

Las impurezas de calcio y magnesio en estado soluble en aguaCarbonatose presenta as:

SodioY la zeolita o similar as:

La zeolita que es slida permanece al interior del aparato ablandador. Al ponerse encontacto el agua dura con una o ms partculas de zeolita, se produce un intercambio quelleva al siguiente resultado:

+ +

CALDERAS, TIPOS Y CLASIFICACION: Las necesidades de la industria y lasmltiples aplicaciones, que derivan en exigencias de la orden tcnico y prctico hanobligado a un perfeccionamiento continuo para solventar los problemas que originaban lasexistentes hasta hace pocos aos.

La caldera debe dar garantas en cuento a solidez, seguridad, operabilidad, durabilidad yeconoma en su funcionamiento.

La clasificacin de calderas de acuerdo al uso en Chile, es la siguiente:

A) De acuerdo a su posicin de funcionamiento:

a) Horizontalesb) Verticales

B) De acuerdo a su instalacin:


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GENERADORES DE VAPORa) Fija o estacionariab) Mviles o porttiles

C) Segn la ubicacin del hogar:

a) Hogar interior (del tipo escocs)b) Hogar exterior (tpica cilndrica)

D) Segn la circulacin de los gases:

a) Recorrido simple en un sentidob) Con retorno simple (caldera marina)c) Con retorno doble ( escocesas con excepciones)

E) Segn su forma de calefaccin:

a) Cilndrica sencilla de hogar exteriorb) Con tubo hogar (liso o corrugado)c) Con dos tubos hogares (lisos o corrugados)d) Con tubos Galloway (calderas horizontales o verticales)e) Con tubos mltiples de humo, horizontales, verticales o inclinados, Igneotubularesf) Con tubos mltiples de agua Acuotubularesg) Combinadas con tubos mltiples de agua y humo. Combinadas o mixtas.

F) De acuerdo a la presin de vapor que producen:

a) De bajo presin (Hasta 2,0 Kg/cm2)b) De presin mediana (sobre 2,0 y hasta 10 Kg/cm2)c) De alta presin (ms de 10 Kg/cm2)

G) De acuerdo a la presin de vapor que producen:

a) De gran volumen de agua (ms de 150.1 de agua por m2 de superficie decalefaccin)

b) De mediano volumen de agua (entre 10 y 150.1 de agua por m2 de superficie decalefaccin)

c) De pequeo volumen de agua (menos de 70.1 de agua por m2 de superficie decalefaccin).

Las primeras calderas que se utilizaron y an quedan algunas, eran de hogar exterior,solamente podan trabajar a presiones bajas, bsicamente por su forma y calidad de losmateriales.

La primera evolucin fue a causa de tener que disminuir el costo de operacin yfuncionamiento y a la caldera cilndrica sencilla se le modific instalndoles tubos hogares,con lo cual haba nacido la caldera de hogar interior, se le vari la forma y as se obtuvomayor rendimiento obtenindose mayores presiones de trabajo.


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Posteriormente se estudi aumentar la superficie de calefaccin, sin aumentar el tamao dela caldera, para lo cual se dividi la superficie en pequeas partes en las cuales se insertarontubos de pequeo dimetro para que por su interior circularan los gases provenientes delsistema de combustin. As se generaron las calderas de tubos mltiples de humo

(Igneotubulares)Siempre por requerimientos de la industria, nacieron las calderas de alta presin, llamadasacuotubulares, en las cuales por el interior de los tubos circula agua y/o vapor, as, los gasescalientes se hallan en contacto con la superficie externa. Este tipo de calderas trabajan conpresiones relativas de 164 Kg/cm2 a 315 Kg/cm2o ms.

1. CALDERA CILNDRICA SENCILLA: Se emplean generalmente cuando se requieregran cantidad de vapor al iniciar el consumo. Solo calderas de gran volumen de agua omediana presin y hogar exterior.

Fsicamente son un cilindro de aproximadamente 2 m de dimetro, con hogar exterior bajoel cuerpo principal. Los gases calientan la parte inferior del cilindro, circulando ademspor ductos de ladrillos refractario que constituyen la mampostera de la unidad.

a) Ventajas: Fcil construccin, gran reserva de energa por su gran volumen de agua,facilidad de limpieza manual o mecnica al estar sus partes accesibles, bajo costo demantencin.

b) Desventajas: bajo rendimiento, dilataciones disparejas a su gran tamao, lo quepuede originar trizaduras en el planchaje, dificultad de puesta en marcha por elprecalentamiento que puede llegar a 24 horas, alta peligrosidad en caso de accidente,GRAN PERDIDA DEBIDO A LA IRRADIACIN DEL CALOR.

2. CALDERAS CON TUBOS HOGARES: Es la caldera cilndrica modificada, eltubo hogar va dentro del cuerpo principal y lo atraviesa de lado a lado longitudinalmente.En el interior del tubo se ha colocado un fogn de parrillas planas, con lo cual se redujo lasprdidas, aumentar la superficie de calefaccin sin aumentar el tamao de la caldera. Conla instalacin de un tubo hogar corrugado se obtiene una mayor superficie de calefaccin ytambin una mayor resistencia mecnica.

a) Ventajas: las mimas de la cilndrica, pero con mayor rendimiento

b) Desventajas: Hogares de magnitud muy limitada (no ms de 2 m2 de superficie)debido a la dificultad de alimentacin de combustible. Para evitar el problema seinstalan dos o tres tubos hogares a fin de eliminar uno demasiado grande, con lo quese aumenta la superficie de calefaccin y facilita la carga del hogar.

3. CALDERAS CON TUBOS GALLOWAY: En algunas calderas horizontales seinstalaron tubos cnicos colocadas transversalmente en el tubo (s) hogar, con el objeto de


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GENERADORES DE VAPORaumentar la superficie de calefaccin y acelerar la circulacin de agua al interior de lacaldera, por lo que se les llama tambin tubos hervidores.

La ms comn de este tipo de calderas es la vertical de mediano volumen de agua. Seutiliza en aquellas empresas que requieren poca energa. Los tubos de seccin cnica

atraviesan de lado a lado el tubo hogar central vertical y cuentan frente a cada uno con unatapa removible destinada a la inspeccin interior de los tubos y la limpieza.

4. CALDERA CON TUBOS MULTIPLES DE HUMO: Llamadas tambinigneotubulares o pirotubulares, pueden ser verticales u horizontales.

Entre las verticales las hay de dos tipos con respecto a los tubos:

a) De tubos semi sumergidos en los cuales el agua no cubre totalmente los tubosb) De tubos sumergidos, en las cuales el agua cubre totalmente los tubos

Las calderas horizontales del tipo escocesas son las de ms frecuente uso en Chile, cuentancon tubos mltiples de humo, hogar interior y retorno simple o doble. Se utilizan conquemadores de carbn, lea o petrleo.

Dentro de este tipo estn las Locomviles y las Locomotoras, que se caracterizan por serde mediano volumen de agua, tiraje formado y est compuesta de tres partes bien definidas:

1.- Caja de Fuego: en ella va montado el hogar, la caja puede ser de seccin rectangular ocilndrica, de doble pared, quedando EL HOGAR RODEADO DE UNA MASA DEAGUA. Esto obliga a que las planchas de la doble pared se refuercen con tirantes o estayes(pernos o refuerzos con orificio central), para detectar filtraciones por fallas o fatigas dematerial.

2. Cuerpo cilndrico: atravesado longitudinalmente por tubos de pequeo dimetro por cuyointerior circulan los gases calientes.

3.- Caja de humos: que es la prolongacin del cuerpo cilndrico, a la cual llegan los gasesdespus de pasar por el haz tubular y salir hacia la chimenea. Trabajan normalmente contiraje forzado, que se consigue un chorro de vapor vivo de la misma caldera o vapor deescape de la mquina.

Este tipo de calderas exige mayor preocupacin en su uso y operacin, especialmente conla calidad del agua de alimentacin, ya que existe riesgo de que se embanquen por excesode incrustaciones y porque es muy difcil hacer limpieza mecnica-manual de los tubos porel reducido espacio que hay entre ellos.

4. CALDERAS ACUOTUBULARES O HIDROTUBULARES: Es estas calderas,por el interior de los tubos pasa agua y vapor, y los gases calientes se hallan en contactocon las caras exteriores de ellos. Son de pequeo volumen de agua.


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GENERADORES DE VAPORSon empleadas cuando se requiere de elevadas presiones y rendimiento. Su uso es bastantelimitado ya que los esfuerzos desarrollados en los tubos por las altas presiones, se traducenen esfuerzos de traccin en toda su extensin.

Su limpieza es fcil, porque las incrustaciones se quitan mediante dispositivos limpia-tubos

accionados mecnicamente o por medio del aire.La circulacin del agua alcanza altas velocidades, con lo que se consigue una transmisineficiente del calor, elevndose as la capacidad de produccin de vapor.

Existen en la actualidad muchos diseos y modificaciones de este tipo de calderas. Las hayde tubos rectos, tubos curvos, de varios colectores y la posicin de los haces tubularespueden ser. Horizontales, verticales o inclinados.Existe tambin combinaciones y son las denominadas acuo-piro tubulares.

6. CALDERAS DE CIRCULACIN FORZADA: Son calderas acuo tubulares enlas cuales la circulacin de agua se efecta a presin por medio de bombas. Trabajan apresiones relativas superiores a los 100 Kg/cm2

En este tipo de calderas el dimetro de los tubos se reduce, el circuito de los tubos, elcircuito se alarga y puede disminuirse el espesor de sus paredes para presin dada.

Los tubos se disponen como serpentines continuos e incluso ser colocados comorevestimientos exterior del hogar. As, se mejora la transmisin de calor, se reduce elespacio de instalacin y los colectores o cuerpos cilndricos son suprimidos.

Otras ventajas: a) Rpida puesta en marcha, ya que bastan minutos para obtener vapor, b)son mucho ms livianas que las de tipo convencional de la misma capacidad, c) Requierende menor espacio y d) sus funciones son ms sencillas.

Desventajas: El agua de alimentacin debe ser de muy buena calidad, ya que en contrariolos tubos se incrustan y queman inutilizando la caldera. Son totalmente automticas por locual es fundamental el control y mantenimiento de sus instrumentos o mandos.

7. COMPORTAMIENTO DE LA CALDERA: Se entiende por tal su capacidad deproducir vapor con eficiencia. El comportamiento se expresa en funcin de los kg de vaporproducido por metro cuadrado de superficie de calefaccin y por hora.

Esta produccin de vapor se ha elevado considerablemente, pasando de los 15 a 25 kg/m2de las calderas tradicionales de gran y mediano volumen de agua, a 50 kg/m2 en lascalderas de pequeo volumen y hasta 150 o ms kg/m2 en algunos tipos de calderas deradiacin y circulacin forzada.

La mayor produccin de vapor, se basa principalmente en la circulacin de agua en elinterior de los tubos, con una velocidad tal, que el vapor que se forma por calentamiento,


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GENERADORES DE VAPORdebe ir saliendo con la misma corriente del agua que se evapora, porque de no ser as, elvapor formara burbujas creando espacios vacos en el lquido que no podran absorber elcalor transmitido, quemndose el material en los tubos.

Notemos la diferencia: En las calderas tradicionales de hervidores y grandes cuerpos

cilndricos, apenas hay circulacin de agua. nicamente puede acelerarse por la ubicacinde la lnea de alimentacin de agua. En cambio en las calderas acuotubulares an con tubospoco inclinados, ya se asegura una circulacin definida, aunque lenta. En las calderas detubos verticales y fuertemente inclinados, la circulacin por diferencia de temperatura,adquiere velocidades considerables, especialmente si por diseo, los tubos descendentesestn aislados. En estas condiciones se puede obtener una potencia vaporizadora de hasta65 o 66 Kg/m2de superficie de calefaccin.

8. COMPONENTES DE UNA CALDERA: Antes de empezar, definamos:

Caldera: Recipiente metlico destinado a producir vapor, mediante la accin de calor, auna temperatura y presin mayores que la atmosfrica.

Generadores de vapor: Conjunto formado por la caldera y sus accesorios.

Superficie de vapor: Superficie en contacto por un lado con los gases y humos de lacombustin y el agua por el otro, medida la superficie por el lado que est en contacto conlos gases calientes.

a) Hogar: lugar donde se produce la combustin. Se compone del hogar propiamente tal,la puerta del hogar, y cenicero y la puerta de cenicero. Se le designa tambin con elnombre de fogn, caja de fuego y naturalmente corresponde a la parte donde se quema elcombustible.

Ya no se utilizan las calderas de hogar exterior por anti econmicas, siendo reemplazadaspor los hogares interiores que aprovecha mejor el calor.

Los hogares pueden ser para combustibles slidos, lquidos y gaseosos.

Puerta del hogar: En las calderas que utilizan combustible slido, el hogar lleva puertametlica, con bisagras revestida interiormente de refractarios, a veces con doble pared, ycon orificios de refrigeracin. Por ella se alimenta el combustible, se aviva el fuego y sesaca la escoria.

En aquellas que trabajan con combustibles lquidos, la puerta es un marco metlico sobre elque va montado el quemador y puede abrirse para hacer inspecciones o reparacin delhogar, ya que dispone de bisagras.

Las paredes de los hogares en las calderas modernas son de tres clases:


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1 De refractario macizo, que se emplean en calderas de poca produccin de vapor por m2de superficie de calefaccin, ya que su uso est limitado por el efecto combinado del peso ytemperatura a la cual se deforma el ladrillo.

2 De refractario colgante o sostenido: el refractario descansa en una armazn de perfilesmetlicos, siendo la estructura refrigerada por aire que se utiliza como aire secundario en lacombustin.

3 De camisa de agua: Las camisas de agua son haces tubulares continuos adosada a lapared refractaria, que por un lado la protegen de la erosin y por otro son altamenteeficientes en la absorcin de calor radiante, pudindose conseguir con ellos grandesproducciones de vapor.

Actualmente es frecuente ver hogares dentro de estructuras tubulares, lo cual se denominaCalderas de hogar integral.

Cenicero: Parte integrante del hogar ubicada debajo de la parrilla, sirve como depsito decenizas. Debe mantenerse limpio para no obstaculizar el paso del aire primario, necesariopara la combustin.

En algunos casos el cenicero es un depsito de agua que, apaga las partculas de carbnencendidas y cenizas que caen, produciendo vapor, que ayuda a refrescar las parrillas.

Puerta del cenicero: Esta puerta tiene por finalidad regular la entrada de aire que debepasar a travs de las parrillas (aire primario de la combustin). Generalmente debepermanecer abierta y la regulacin del tiraje se hace con el templador de la chimenea. Altrabajar con combustible slido, se recomienda cerrar esta puerta cuando se efecta elemparejamiento del combustible, avivar el fuego, limpieza de los fuegos o cargarcombustible, para evitar el retroceso de la llama o lengua de toro, que podra ocasionarlesiones al fogonero.

Emparrillado: Tiene por objeto servir de sostn al lecho de combustible y permitir el pasodel aire para la combustin. El tipo de parrilla que se use, estar de acuerdo al tipo decombustible a emplear y deber cumplir como mnimo, las siguientes condiciones:

1) Debe distribuir convenientemente el aire necesario para la combustin sin ofrecerresistencia.

2) El espacio libre entre parrilla y parrilla (huecos) debe ser proporcional al combustibleutilizado, permitiendo que slo las cenizas caigan al cenicero.

3) Debe tener forma y separacin apropiadas, de modo que eviten la aglomeracin deescoria fundida y la consiguiente obstruccin de los huecos.

4) Deben permitir la limpieza fcil y rpida de los fuegos durante la operacin


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GENERADORES DE VAPORLas dimensiones de la chimenea en cuento a altura y dimetro estarn determinadas por eltiraje necesario y las condiciones de instalacin con respecto al entorno y vecindad.Actualmente las calderas utilizan tiraje artificial en las que el movimiento del aire se hacepor medio de ventiladores, sin descartar el uso de la chimenea.

Regulador de tiraje o templador: Es una compuerta metlica instalada en el conducto dehumo que comunica con la chimenea, o bien en la propia chimenea. El operador la puedeaccionar a voluntad para regular la cantidad de aire segn el mayor o menor paso de salidade los gases.

Mampostera: Se llama as a la tradicional construccin de ladrillos (refractarios ycomunes) que tienen como objeto cubrir la caldera para evitar desprendimiento de calor alexterior. Muchas veces en ellos mismos se disponen los conductos de humo. Es normalque se dispongan en la pared espacios huecos destinados a la dilatacin para evitar rupturade ladrillos, destruccin de la mampostera. Cualquier dao en la mampostera debe serreparado a la brevedad para evitar fugas de gases y/o prdidas de tiraje.

Actualmente en muchas calderas se ha eliminado totalmente la mampostera de ladrillo y secoloca slo aislacin trmica en el cuerpo principal y caja de humos. El aislamientoutilizado es en base a asbesto, lana mineral y otros.

Cmara de agua: Es el recipiente que contiene el volumen de agua que la caldera resiste.Tienen en su lmite inferior en nivel mnimo, del que no debe descender nunca el aguadurante su funcionamiento.

Cmara de vapor: Es aquella parte de la caldera que queda sobre el nivel superior del aguao volumen ocupado por el valor considerando el nivel mximo admisible de agua. En estacmara debe separarse el vapor de las partculas de agua que lleva en suspensin (vaporseco). Cuanto ms variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe de ser el volumende la cmara a fin de que aumente la distancia entre el nivel del agua y la vlvula principalde salida de vapor. Es por esta razn que algunas calderas llevan un domo o cilindro en laparte superior, que contribuye a mejorar la calidad del vapor.

Cmara de alimentacin de agua: Es aquella parte de la caldera que durante sufuncionamiento se encuentra ocupada indistintamente por vapor o por agua, segn donde seencuentre el nivel. Ser por si se encuentra en su nivel mnimo o por agua si se encuentraen su nivel mximo de trabajo. Podemos resumir diciendo que es el espacio que est entrelos niveles mximo y mnimo de agua.

Tapas de registro, inspeccin o lavado: Tienen por objeto inspeccionar ocularmente elinterior, o lavarlas para extraer de manera mecnica o manual, los lodos que se hayanacumulado y no salgan con las purgas. En caso de incrustaciones adheridas a las paredes oplanchas se puede utilizar varillas o raspado si el espacio lo permite.

Casi todas las tapas tiene formal oval para ajustar las tapas de adentro hacia fuera. Llevanuna empaquetadura para su ajuste y un perno centra para apretar. Algunas tiene orificioscilndricos que se sellan con tapas tornillos.


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ACCESORIOS DE LAS CALDERAS

1. ACCESORIOS DE OBSERVACIN

1.1 .Indicadores de nivel agua:1.1.1.Tubos de nivel para observacin directa1.1.2.Grifos o llaves de prueba

1.2. Indicadores de presin:1.2.1. Manmetro1.2.2. Altmetros

1.3. Analizadores de gases de la combustin:1.3.1. Indicador de CO21.3.2. Indicador de CO1.3.3. Indicador de O2

1.4. Indicadores de temperatura:1.4.1. Termmetro1.4.2. Pirmetros para medir altas temperaturas2.- ACCESORIOS DE SEGURIDAD

2.1. Vlvula de seguridad:2.1.1. De palanca y contrapeso2.1.2. De peso directo2.1.3. De resorte

2.2. Tapones fusibles

2.3. Alarmas

3.- ACCESORIOS DE ALIMENTACIN DE AGUA

3.1. Bombas3.1.1. Centrfugas verticales3.1.2. De mbolo sencilla o dplex

3.2. Inyectores


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GENERADORES DE VAPOR3.2.1. Manuales3.2.2. Automticos3.2.3. Botella o calderas

4.- ACCESORIOS DE LIMPIEZA

4.1. Puertas de inspeccin 4.1.1. Tapas de registro4.1.2. Puertas de hombre

4.2. Llave de purga4.2.1. Vlvula de extraccin de superficie4.2.2. Vlvula de extraccin de fondo

4.3. Sopladores de holln y limpia tubos mecnicos

5. ACCESORIOS DE ALIMENTACIN DE COMBUSTIBLE

5.1. Quemadores de combustibles lquidos

5.2. Quemadores de combustibles slidos

6. CONTROLES AUTOMTICOS

6.1. Control de nivel de agua

6.2. Control de temperatura

7.- ACCESORIOS PARA AUMENTAR LA EFICIENCIA DE LA UNIDADGENRADORA

7.1. Economizadores

7.2. Calentadores de aire

7.3. Retardadores

8.- ACCESORIOS PARA CONTROLAR O REGULAR EL GRADO DERECALENTAMIENTO DE VAPOR

8.1. Recalentadores8.1.1. Integrales8.1.2. De fuego separado


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GENERADORES DE VAPOR8.2. Saturadores derrecalentadores

1.- ACCESORIOS DE OBSERVACIN

1.1. Indicadores de nivel de agua:1.1.1. Tubo de nivel es un conjunto de dos tubos, uno conectado a la cmara de agua y elotro a la cmara de vapor, ambos se encuentran unidos exteriormente por un tubo de vidrio,que es el indicador, en base al principio de los vasos comunicantes, del nivel de agua quehay en el interior de la caldera. Todo el sistema debe estar debidamente asegurado en susextremos mediante prensas con sus respectivas gomas y agilillas.

La normativa vigente en nuestro pas exige el uso de dos indicadores de nivel de agua paratoda caldera, uno de los cuales ser de observacin directa (tubo de vidrio por ejemplo),pudiendo el otro estar compuesto por tres llaves de prueba.

Deben instalarse en la parte ms visible para el fogonero y si estuviese a una altura de 3 oms metros sobre el nivel del suelo, se le dar la inclinacin suficiente que facilite laobservacin.

La conexin superior con la caldera ser con la cmara de vapor y la inferior debe quedar alnivel mnimo de agua (tuerca de la prensa estopa), de esta forma el nivel mnimoadmisible de agua en la caldera estar a lo largo del tubo de vidrio, el cual naturalmentedebe estar marcado de manera clara e indeleble.

El ajuste definitivo de empaquetaditas debe hacerse con la caldera con vapor, cuidando deno daar el tubo de vidrio y no sufrir quemaduras o accidentes. Es recomendable aislar eltubo al ejecutar estas operaciones, ya que se dispone de vlvulas para este efecto.

Con la caldera en operacin las vlvulas que comunican el tubo con las cmaras de vapor yagua, pero debe permanecer cerrada la vlvula de desage (la que lo comunica con laatmsfera)Para tener siempre la informacin correcta del nivel de agua, es recomendable hacerpruebas y descargas diarias por todas las llaves, para evitar indicaciones falsas de nivel.

Pruebas del tubo de nivel:

a) Prueba de agua: Se cierra la vlvula que comunica con la cmara de vapor,manteniendo abierta la que comunica con la cmara de agua, el agua debe llenar el tubo devidrio. Abriendo la llave de desage se vaca el tubo y contina saliendo el agua por launin inferior del tubo de nivel.

b) Prueba de vapor: El procedimiento es inverso, se cierra la llave que comunica el tubocon la cmara de agua y se mantienen abierta la unin superior, si se abre la llave dedesage el vapor escapar por el tubo de vidrio.


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GENERADORES DE VAPORPosibles fallas en el sistema indicador de agua:

Si la caldera est con agua, en servicio o detenida, y luego de abrir la llave de desage nosale ni agua, ni vapor, estamos frente a una obstruccin de los conductos por sedimento uotras causas.

Cualquiera de las dos comunicaciones (agua o vapor) que se obstruya, el tubo indicar unnivel falso, siendo muy peligroso que se obstruya la conexin de vapor, ya que el tubo sellenara de agua existiendo un nivel inferior dentro de la caldera, por la diferencia depresiones dentro del tubo de vidrio, lo que podra producir un recalentamiento a la caldera.

Reparacin: Se cierran ambas llaves y se destapan los conductos sacando las tuercas, quepara este efecto tiene cada conexin al frente de ellas, luego se probar su funcionamientocon agua y con vapor, por separado.

Si se producen fugas de agua o vapor las empaquetaduras, se debe proceder a su reparacininmediata para evitar daos a las personas y quebradura del tubo de vidrio.

El tubo de vidrio se desgasta por las condiciones normales de uso, razn por lo cual en lasinspecciones debe de tenerse especial cuidado en la observacin. Ante cualquier principiode desgaste debe procederse al cambio.

Hay que preocuparse de las corrientes de aire para prevenir la rotura de tubos,especialmente si estn inclinados ya que los esfuerzos en sus conexiones con las prensas estopas son diferentes.

1.1.2. Grifos de prueba: Ya dijimos que son tres llaves, la primera se coloca por sobre elnivel mximo de agua, o sea, en la cmara de vapor, por lo cual por ella siempre debe desalir vapor al abrirla. La segunda llave debe estar colocada en el nivel normal de trabajo dela caldera, dentro de la cmara de alimentacin, y por ella debe salir una mezcla de agua yvapor. La tercera llave est ubicada en el nivel mnimo permisible de agua, y por ella debesalir agua.Una manera sencilla de comprobar si sale agua o vapor es colocar un cartn o maderacontra el corro, y certificarlo.Es fundamental que los grifos de prueba (las llaves) estn siempre en buenascondiciones de uno, ya que reemplazan al tubo de vidrio de observacin directa si sequiebra o el sistema tiene fallas.

Normalmente las llaves estn comprometidas dentro de la longitud del tubo de vidrio.

1.2. Indicadores de presin: Son instrumentos destinados a medir e indicar de formaclara y p0recisa la presin efectiva del vapor.

1.2.1. Manmetros: Es un instrumento indispensable en cualquier caldera, indica la presinefectiva del vapor en Kg/cm2 o Lb/pul.2, que existe en el interior de la caldera.


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El manmetro est conectado a la cmara de vapor de la caldera con una caera en formade s para que sobre l obre agua y no vapor. El objetivo de la s es evitar el contactodel vapor con el interior del mecanismo a fin de que no se deforme o dilate con el calor ypierda fiabilidad (exactitud). En la curva s se acumula vapor condensado (agua), con lo

cual se forma un sello de agua que siempre actuar sobre el instrumento.El manmetro, puesto en simple, es un tubo elptico curvado, cerrado en un extremo, que aldilatarse (moverse) hace girar un engranaje, que a su vez hace girar la aguja que vamontada de tal forma que se desplaza por una esfera graduada.

La mecnica operativa es la siguiente: La presin del agua , vapor o cualquier fluido tiendea enderezar el tubo, ya que al estar uniformemente distribuida en su interior, ejerce mayorpresin en las paredes externas, de mayor superficie que las internas. Cuando la presindisminuye hace que el tubo recupere su forma, cuando disminuye a 0 regresa a su estadooriginal, con lo cual la aguja regresa tambin a 0.

Es importante tener en cuenta que en general los manmetros de agua empiezan a moverse(indicar), cuando existen 4 o 5 Lb/pul2 de presin, dependiendo de la sensibilidad delinstrumento.

Con el avance tecnolgico, actualmente se han incorporado instrumentos con lecturadigital, basados en procesos electrnicos. En estos casos la metrologa es muy importante.

Con la caldera en operacin con consumo irregular de vapor, la aguja del manmetro tendrpequeas oscilaciones, lo que es enteramente normal.

Para el buen funcionamiento y fiabilidad de los manmetros se debe tener en cuenta:

a) Deben estar ubicados de tal forma que nunca se calienten a ms de 50C.

b) Deben tener indicador rojo en el punto exacto de la presin mxima admisible

c) Debe tener capacidad para indicar una y media vez la presin autorizada de trabajo,

para la prueba hidrulica de la caldera.

d) Entre el manmetro y la caldera debe existir una llave de paso que permita el cambiodel instrumento cuando sea necesario. Esta llave debe permanecer siemprecompletamente abierta, para evitar falsas indicaciones de presin.

e) La caera s debe revisarse peridicamente a fin de mantenerla limpia y expedita,en contrario, acumulaciones de sedimentos impedirn el libre paso del vapor.

f) Nunca debe haber filtraciones en la lnea de conexin para evitar indicacioneserrneas

g) El manmetro debe ser adecuado al tipo de caldera.


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GENERADORES DE VAPORNunca se mantendr en funcionamiento un manmetro cuando presente alguno de lossiguientes defectos:

1) Sin vidrio o con el vidrio quebrado2) Con la esfera en mal estado o con los nmeros borrados

3) Defectuoso, por ejemplo que marque presin cuando la caldera est paralizada4) Cuando la llave de conexin tenga defectos o no abra bien5) Si su caera de conexin no es s.

1.2.2. Altmetro: Es un instrumento destinado a medir la presin en metros de columna deagua, se utiliza en calderas de calefaccin por agua caliente.

1.3. Analizadores de gases de la combustin: Son aparatos destinados a controlar lacombustin dentro del hogar, mediante el anlisis de los gases que salen por la chimenea.Mientras mayor sea la cantidad de anhdrido carbnico (CO2) que indique el instrumento,significa que la combustin es correcta en cuento a la proporcin en la mezcla decombustible aire.

El instrumento en si opera sobre la comparacin de la influencia tanto del aire como de losgases de combustin sobre la resistencia de alambre, generalmente de platino. Unosalambre quedan sometidos a la influencia del gas de la combustin y otros estn en lacmara de aire. La mala conductividad calrica del anhdrido carbnico dificulta elenfriamiento de los alambres de platino en contacto con los gases, de lo cual resulta unadiferencia entre las resistencias y un desequilibrio en las corrientes que atraviesan losconductores, que va a ser en funcin de la proporcin de CO2 que contienen los gases y eslo que marca.

La proporcin de CO (monxido de carbono) se mide mediante un segundo puente, cuyosalambres de platino son calentados a alta temperatura. Uno de estos alambres estsometido al gas de la combustin. Debido a la accin catalizadora del platino, el monxidode carbono (CO) que es combustible se quema sobre la superficie del alambre calentndola,lo que rompe el equilibrio en el instrumento indicado directamente la proporcin de CO.

La lectura del instrumento de CO (gases no quemados) debe de ser breve a fin de evitar laprdida de combustible por mala combustin.

1.4. Indicadores de temperatura: En calderas se utilizan termmetros y pirmetros paramedir las temperaturas del agua de alimentacin, temperatura del vapor, de los gases decombustin y del hogar.Se usan pirmetros para temperaturas hasta 1.500C, y termmetros con resistencia paratemperaturas hasta 550C como mximo.

2.- ACCESORIOS DE SEGURIDAD


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GENERADORES DE VAPOR2.1. Vlvulas de seguridad: Deben ir conectadas directamente a la cmara de vapor de lacaldera, independiente de cualquier otra conexin o toma de muestra, sin interposicinalguna y obstruccin.

Todas las calderas deben disponer de una o ms vlvulas de seguridad cuyo objetivo es

evacuar el vapor cuando sobrepasa la presin normal de trabajo autorizada, con lo cual seevita sobre presiones en los generadores de vapor.

La vlvula de seguridad debe regularse a un 6 % sobre la presin normal de trabajo.La o las vlvulas de seguridad deben ser capaces de evacuar todo el vapor que produce lacaldera, aunque no haya otro consumo, antes de que la presin sobrepase el 10% de lapresin de trabajo autorizada.

2.1.1. Vlvulas de seguridad de palanca y contrapeso: El cierre de la vlvula se efectamediante un contrapeso colocado sobre un brazo de palanca que la presiona.

Este tipo de vlvula utiliza un contrapeso de una pieza y la palanca no debe sobrecargarsecon nada, y menos amarrarse para evitar su funcionamiento, ya que con eso se elimina eldispositivo de seguridad que representa.

Debe probarse diariamente levantado manualmente el contrapeso, para asegurarse de sunormal funcionamiento. La regulacin se consigue acercando o alejando el contrapeso dela vlvula.

2.1.2. Vlvulas de peso directo: Este tipo utiliza discos metlicos para la presin exterior,que se van colocando sobre ella. La regulacin se hace agregando o quitando discos en losvstagos de la vlvula.

Los expertos recomiendan la eleccin de vlvulas de seguridad del tipo Resorte de Disparo,asentadas con una inclinacin de 45 a 90 con respecto a la lnea central del vstago.

2.1.3. Vlvulas de Seguridad con resorte de disparo: El esfuerzo de cierre de la vlvula seconsigue con un resorte calibrado, cuya tensin est en proporcin al rango de la presin detrabajo autorizado de la caldera. La regulacin se hace mediante un mecanismo degraduacin que disminuye o aumenta la tensin del resorte.

Disponen o deben disponer de mecanismos que permitan abrirlas para desplegarlas de suasiento, operacin que el operador a cargo debe realizar en forma manual todos los das.

2.2. Tapones fusibles: No todas las calderas llevan este tipo de tapn, ya que en algunas,por diseo no se justifica. En la prctica en un tapn de bronce hilado para atornillarlos alcaldero, tienen un orificio cnico en el centro, que est relleno con plomo o estao, cuyopunto de fusin ser de 250C como mximo.Estos accesorios pueden atornillarse desde adentro hacia a fuera o viceversa, todo dependedel tipo de fusible.


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GENERADORES DE VAPOREstos tapones van instalados en el cielo de aquellas calderas con hogar interior(Locomviles, locomotoras, Lancashiere, vertical de tubos Galloway, etc.) EL OBJETIVOES QUE CUANDO EN NIVEL DE AGUA BAJA MAS ALLA DEL LIMITE INFERIORADMISIBLE, QUEDA EL TECHO DEL HOGAR SIN AGUA SE FUNDE LAALEACIN DEJANDO CAER AGUA CON VAPOR SOBRE EL FUEGO

APAGNDOLO. Esto adems sirve de alarma sirve de alarma de fogonero, evitandomayores perjuicios.

Los tapones fusibles deben ser reemplazados cuando:

a) La aleacin est suelta (hay filtraciones)b) Aleacin recalentada (se nota hundida por el interior de la caldera)c) Hay filtraciones por el hilo (suelto, rodado)d) Aleacin corrida, significa que est fundida por falta de aguae) Tapn quebrado.

Los tapones fusibles nunca deben reemplazarse por pernos o soldar el orificio donde vancolocados.

En las inspecciones por el interior de la caldera se debe verificar que no se encuentrecubierto de sales, cuando as sucede, el orificio queda siempre tapado, ya que lasincrustaciones impiden la salida del vapor o el agua.

En las inspecciones hay que tener la capacidad para discriminar lo que es normal y anormalpor el uso.

2.3. Alarmas:

2.3.1. Silbato de alarma: Algunos generadores de vapor lo tienen incorporado esteaccesorio de seguridad funciona cuando el nivel de agua desciende ms all del nivelnormal.

Su funcionamiento es el siguiente: Consiste en un tubo metlico con el extremo inferiorabierto sumergido en el interior de la caldera hasta el nivel mnimo admisible. En otroextremo (superior) lleva un silbato obstruido por un fusible de 100C, rodeado de un tuboespiral expuesto al enfriamiento exterior. Mientras el agua cubre la entrada inferior deltubo, la presin del vapor lo mantienen lleno de agua. Al bajar el agua del mnimoadmisible, queda al descubierto en extremo inferior del tubo, que queda sin agua, el fusiblese funde dejando pasar el vapor que hace funcionar el silbato y la consiguiente alarma.

2. ACCESORIOS DE ALIMENTACIN DE AGUA: CUMPLEN EL OBJETIVODE REPONER L LIQUIDO QUE SE EVAPORA AL INTERIOR DE LACALDERA.

Requisitos mnimos:

a) Toda caldera debe disponer de dos medios de alimentacin, de los cuales uno debe seraccionado independientemente del vapor de la caldera.


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b) Ca

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