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Jaime Rodrguez Ingeniero Civil Qumico
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CALDERAS-1
1. NOCIONES GENERALES SOBRE CALEFACCION.
1.1. Sistemas de Calefaccin
Historia
En pocas remotas, se utilizaba como mtodo de calefaccin el fuego en la habitacin. A sualrededor los humanos fueron aadiendo dispositivos para mejorar el rendimiento ytambin la esttica (chimenea para evacuar los humos, bocas decoradas, etc).
Los romanos inventaron el primer sistema de calefaccin, en el que el fuego no estaba en elpropio recinto. Se denominhipocausto, el cual consista en una serie de conductos bajo el
solado que llevaban los gases calientes de un fuego situado en otro local. En la Castillamedieval se usaba este sistema con el nombre de gloria. Las ventajas de este tipo deinstalacin son:
El aire de combustin no barre el ambiente, como en el fuego abierto, y se evita elenfriamiento;La regulacin de la potencia se hace regulando la entrada de aire, lo que no se puedehacer en los fuegos en el local;El fuego no est al alcance de la gente, evitando quemaduras, especialmente a losnios.
Benjamn Franklin invent la estufa salamandra, el primer artefacto no integrado en laconstruccin, que permite una mejor regulacin de la combustin y mejor control delhumo, por lo que tambin supona un ahorro de combustible. De todos modos, frente alhipocausto y a la gloria, tiene el inconveniente de que la combustin se hace en el local acalefactar, por lo que debe tener una entrada de aire que enfra el ambiente.
Calefaccin actual
Cuando la industria fue capaz de proporcionar tuberas a un precio razonable, la calefaccin
se convirti en lo que hoy conocemos por tal: una caldera, situada en un recinto donde nomolesta, en las mismas condiciones que el hipocausto, y unos emisores de calor(radiadores), unidos por tuberas a la caldera (calefaccin por agua caliente).
Calderas
Una caldera es una mquina o dispositivo de ingeniera que est diseado para generarvapor saturado. ste vapor se genera a travs de una transferencia de calor a presin
http://es.wikipedia.org/wiki/Hipocaustohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hipocaustohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hipocaustohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gloria_%28construcci%C3%B3n%29http://es.wikipedia.org/wiki/Gloria_%28construcci%C3%B3n%29http://es.wikipedia.org/wiki/Estufa_salamandrahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estufa_salamandrahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calderahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calderahttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3n_por_agua_calientehttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3n_por_agua_calientehttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3n_por_agua_calientehttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%ADtulo_del_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%ADtulo_del_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%ADtulo_del_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3n_por_agua_calientehttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calderahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estufa_salamandrahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gloria_%28construcci%C3%B3n%29http://es.wikipedia.org/wiki/Hipocausto7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia deestado
Conceptos Generales:
Ttulo del vapor
El ttulo del vapor es el porcentaje enmasadevaporen una mezclalquido-vapor y sueledenotarse con la letrax:
El valor de x vara desde 0 (lquido saturado) hasta 1 (vapor saturado). Para valores delttulo cercanos a 1 se tiene una masa de lquido pequea en forma de gotitas en suspensin.Para valores inferiores el lquido se deposita sobre el fondo del recipiente por efecto de lagravedad. La coexistencia de lquido y vapor se indica normalmente con el trmino vaporhmedo o vapor saturado.
Segn laITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presin en donde elcalorprocedente decualquier fuente de energa se transforma en energa utilizable, a travs de un medio detransporte en fase lquida o vapor.
Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales se produceun cambio de fase. Adems sonrecipientes a presin, por lo cual son construidas en parteconacero laminadoa semejanza de muchos contenedores de gas.
Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderasson muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:
http://es.wikipedia.org/wiki/Liquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Liquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Masa_%28f%C3%ADsica%29http://es.wikipedia.org/wiki/Masa_%28f%C3%ADsica%29http://es.wikipedia.org/wiki/Masa_%28f%C3%ADsica%29http://es.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravedadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravedadhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=ITC&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=ITC&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=ITC&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intercambiador_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Intercambiador_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Intercambiador_de_calorhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Recipiente_a_presi%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Recipiente_a_presi%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Recipiente_a_presi%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_laminadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_laminadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_laminadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_laminadohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Recipiente_a_presi%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Intercambiador_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=ITC&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Gravedadhttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Masa_%28f%C3%ADsica%29http://es.wikipedia.org/wiki/Estados_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Liquido7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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Esterilizacin(Tindalizacin), es comn encontrar calderas en los hospitales, lascuales generan vapor para esterilizar los instrumentos mdicos, tambin en loscomedorescon capacidad industrial se genera vapor para esterilizar loscubiertos.Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a lospetrleos pesadospara mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.
Generar electricidad a travs de de un ciclo Rankine. Las calderas son partefundamental de lascentrales termoelctricas.
Es comn la confusin entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que elsegundo genera vapor sobrecalentado.
Sistemas de Calefaccin
Un sistema de calefaccin permite elevar la temperatura de determinado espacio en relacincon la temperatura ambiental exterior para generar condiciones cmodas para la habitacin delos seres humanos.
Actualmente hay diversos sistemas de calefaccin.
Segn la extensin:o Unitariao Centralizadao Calefaccin urbana
Segn la forma de calefaccionar:o por aguao por vaporo por aire
Calefaccin urbana
La Calefaccin urbana es aquella en que elcalor(laenerga trmica) se distribuye por unared urbana, del mismo modo en que se hace con el gas o el agua.
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Instrumentos_m%C3%A9dicos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Instrumentos_m%C3%A9dicos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Comedorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Comedorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cubiertoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Cubiertoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Cubiertoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Petroleohttp://es.wikipedia.org/wiki/Petroleohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad_APIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad_APIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Central_termoel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Central_termoel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Central_termoel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Generador_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Generador_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3n_urbanahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3n_urbanahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Red_urbanahttp://es.wikipedia.org/wiki/Red_urbanahttp://es.wikipedia.org/wiki/Red_urbanahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3n_urbanahttp://es.wikipedia.org/wiki/Generador_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Central_termoel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad_APIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Petroleohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cubiertoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Comedorhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Instrumentos_m%C3%A9dicos&action=edit&redlink=17/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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1.2 Vapor que Produce una Caldera
El calor que produce una caldera se puede ilustrar mediante el siguiente ejemplo:
Si 500 Cal = 1 Kg de vapor
La presin de trabajo es el mximo de presin admisible para cada caldera.Si el dato que tienes del quemador es correcto; y si la caldera esta diseada de fbrica paraese quemador, tienes que pensar que lo que realmente se aprovecha de calor es unaproximado del 80 % del calor.... ejemplo:Si el quemador es de 100.000 Cal/h.... la caldera deber estar diseada para que aprovecheaproximadamente 80.000 Cal/h (el resto se va por la chimenea)...80.000 Cal/h / 500 Kg/Cal/h= 160 Kg/h de vapor..
Suplemento definiciones y conversin de unidades
a).- Definicin Fsica de calora
La definicin oficial describe la calora como: la cantidad deenerganecesaria para elevarlatemperaturade ungramodeaguadestilada de 14,5C a 15,5Grado Celsiusa nivel delmar (unaatmsferade presin). Una kilocalora (abreviada como kcal) es igual a 1000
cal. Una kilocalora es equivalente a 4.1858 kJ.
Las caloras se miden concalormetrosespecializados, en los que interviene la siguiente
frmula fsica para calcular las caloras:Q = mcT
En su definicin interviene elcalor especficodelagua.
Calor especfico
El calor especfico o ms formalmente la capacidad calorfica especfica de una sustanciaes una magnitud fsica que indica la capacidad de un material para almacenar energainternaen forma decalor
El valor de la capacidad calorfica por unidad de masa se conoce como calorespecfico. En trminos matemticos, esta relacin se expresa como:
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_%28unidad%29http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_%28unidad%29http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_%28unidad%29http://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADmetrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADmetrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADmetrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Almacenamiento_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Almacenamiento_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Almacenamiento_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Almacenamiento_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Almacenamiento_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADmetrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_%28unidad%29http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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donde c es el calor especfico del cuerpo, m su masa, C la capacidad calorfica, Qel calor aportado y T el incremento de temperatura.
El calor especfico es caracterstico para cada sustancia y, en el SistemaInternacional, se mide en julios por kilogramo y kelvin (J/(kgK)). A ttulo deejemplo, el calor especfico del agua es igual a:
Del estudio del calor especfico del agua se obtuvo, histricamente, el valor delequivalente mecnico del calor, ya que:
b).-Conversin de unidades
Tabla de energa
Tabla de capacidad calorfica
Propiedades del agua
Ejercicios
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1.3 Temperatura y su Medicin
La temperatura es una propiedad fsica que se refiere a las nociones comunes de fro ocalor, sin embargo su significado formal en termodinmica es ms complejo, a menudo el
calor o el fro percibido por las personas tiene ms que ver con la sensacin trmica(verms abajo), que con la temperatura real. Fundamentalmente, la temperatura es unapropiedad que poseen los sistemas fsicos a nivel macroscpico, la cual t iene una causa anivel microscpico, que es la energa promedio por partcula.
Por lo general un objeto ms "caliente"tendr una temperatura mayor. Fsicamente es unamagnitud escalardada por unafuncincreciente del grado de agitacin de las partculas delos materiales. A mayor agitacin, mayor temperatura. As, en la escala microscpica, latemperatura se define como el promedio de laenergade los movimientos de unapartculaindividual porgrado de libertad.
En el caso de un slido, los movimientos en cuestin resultan ser las vibracionesde laspartculas en sus sitios dentro del slido. En el caso de ungas idealmonoatmicose trata delos movimientos traslacionales de sus partculas (para los gases multiatmicos losmovimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta tambin).
Diferentes efectos producidos por la temperatura
1. Aumento de las dimensiones (Dilatacin).2. Aumento de presin o volumen constante.3. Cambio de fem. inducida.4. Aumento de la resistencia.
5. Aumento en radiacin superficial.6. Cambio de temperatura.7. Cambio de estado slido a lquido.8. Cambio de calor
La temperatura se mide contermmetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una
multitud de escalas que dan lugar a las unidades de medicin de la temperatura. En el
Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin. Sin embargo,
fuera del mbito cientfico el uso de otras escalas de temperatura es comn el uso de laescala Celsius(o centgrada), y, en los pases anglosajones, la escalaFahrenheit. Tambin
existe la escalaRankine(R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la
escala Kelvin, es la escala utilizada en el Sistema Ingls Absoluto. Una diferencia de
temperatura de un kelvin equivale a una diferencia de un grado centgrado
http://es.wikipedia.org/wiki/Sensaci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensaci%C3%B3n_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_escalarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_escalarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_elementalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_elementalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_elementalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_de_libertadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_de_libertadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_de_libertadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vibraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vibraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Anglosaj%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Anglosaj%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Fahrenheithttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Fahrenheithttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Fahrenheithttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Fahrenheithttp://es.wikipedia.org/wiki/Anglosaj%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_idealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vibraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_de_libertadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_elementalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_escalarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensaci%C3%B3n_t%C3%A9rmica7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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Todos los instrumentos de medicin de temperatura cualquiera que fuese su naturaleza dan
la misma lectura en cero por ciento (0%) y 100%, si se calibra adecuadamente.
Las unidades de temperatura son C, F, K, Rankine, Reamur, la conversin mas comn es de
C a F.
t(C)=(t(F)-32)/1.8
t(F)=1.8 tC +32
t(k)= t(C)+273.18
Relacin entre escalas de temperatura
Unidades de Temperatura
Escala Cero Absoluto Fusin del Hielo Evaporacin
Kelvin
Rankine
Reamur
Centgrada
Fahrenheit
0K
0R
-218.5Re
-273.2C
-459.7F
273.2K
491.7R
0Re
0C
32F
373.2K
671.7R
80.0Re
100.0C
212.0F
Relaciones entre las escalas de temperatura
Considerando que las relaciones entre las escalas termomtricas son lineales y quela homogeneidad dimensional se consigue utilizando notaciones adimensionales en susplanteamientos, ser fcil hallar las ecuaciones requeridas.
Recordando que la ecuacin y = mx + b representa una lnea recta, en donde bes la ordenada en el origen y m es su pendiente, igual a la tangente trigonomtrica delngulo que forma la recta con el eje x, o sea,
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y y = mx + b
y
m = = tg y xx
b
x
slo habra que evaluar la pendiente m y la ordenada b en el origen. Los grficos
requeridos se obtienen a partir de los valores sealados en la Tabla
A. RELACION ENTRE LAS ESCALAS KELVIN Y CELSIUS.
y = T/K
x = t/C
b = 273.15m = 1
luego,
T/K = t/C + 273.15
o bien,
T = (t/C + 273.15) K (1)
Problema. Expresar la temperatura de 25C en la escala Kelvin.
T = (25 C/C + 273.15) K = (25 + 273.15) K = 298.15 K
T/K
373.15100
273.15100
-273.15 0 100 t/C
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B. RELACION ENTRE LAS ESCALAS RANKINE Y FAHRENHEIT.
TR = (tF/F + 459.67) R (2)
C. RELACION ENTRE LAS ESCALAS FAHRENHEIT Y CELSIUS
671.67
459.67
TR/R
212
212
-459.67 0 212 tF/F
y = TR/R
x = tF/F
b = 459.67
m = 212/212 = 1
luego,
TR/R = tF/F + 459.67
o bien,
tF /F
212
180
10032
0 100 t/C
y = tF/F
x = t/C
b = 32
180 9m = = = 1.8
100 5
luego.
tF/ F = 1.8 t/C + 32 (3)
o bien,
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tF = (1.8 t/C + 32) F
Problema. Expresar la temperatura de 25 C en la escala Fahrenheit.
1.8 x 25 CtF = ( + 32) F = (45 + 32) F = 77 F
C
D. RELACION ENTRE LAS ESCALAS RANKINE Y CELSIUS.
Introduciendo en la ecuacin (2) el valor de tF/F, dado en la ecuacin (3), se obtiene:
TR/R = (1.8 t/C + 32) + 459.67
TR/R = 1.8 t/C + 491.67 (4)
Un cuadro completo de todas las ecuaciones que relacionan las escalas termomtricas
puede obtenerse a partir de las ecuaciones deducidas anteriormente. En efecto, despejandot/C en las ecuaciones (1), (3) y (4) se tienen las ecuaciones que relacionan,explcitamente, la temperatura Celsius con las otras escalas termomtricas; ecuaciones quereunidas en una serie de igualdades, queda:
329
567.491
9
515.273
FRKC
FRtTTt
(5)
Aunque esta serie de igualdades puede cubrir las doce posibilidades de clculos quese puedan presentar, pueden obtenerse otras series de igualdades explcitas para T, TR ytF, simplemente despejando T/K, TR/R y tF/F en (5). Ellas son:
67.4599
515.273
9
5
FCRK
FRttTT
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11
67.45915.2735
9
5
9
FCKR
FRttTT
67.45967.4595
932
5
9
RKCF
RFTTtt
Conclusin. Teniendo presente las conductas de entrada sealadas, basta recordar odisponer de los valores de dos puntos fijos comunes en las escalas termomtricas, paradeducir, fcilmente, cualquiera de las ecuaciones que las relacionan, evitando as su
memorizacin.
Ejercicios de temperatura
1.4 Tablas Termomtricas
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1.5 Calor, Transmisin y Equivalencias
La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energa quepuede tener lugar entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia detemperatura.
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIN
Cuando en un cuerpo existe un gradiente de temperatura, la experiencia muestra que hayuna transferencia de energa desde la regin a alta temperatura hacia la regin de bajatemperatura. Se dice que la energa se ha transferido por conduccin y que el flujo de calorpor unidad de rea es proporcional al gradiente normal de temperatura:
Cuando se introduce la constante de proporcionalidad:
donde q es el flujo de calor y T/x es el gradiente de temperatura en la direccin del flujo
de calor. La constante positiva k se llama conductividadtrmica del material, y se ha puestoel signo menos para satisfacer el segundo principio de la termodinmica; esto es, elcalor debe fluir hacia las temperaturas decrecientes, como se indica en el sistema decoordenadas de la Figura 1 .l. La Ec. (1.1) se llama ley de Fourier de la conduccin decalor.
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TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIN
Es un proceso de transporte de energa por la accin combinada de conduccin de calor,almacenamiento de energa y movimiento de mezcla y tiene gran importancia comomecanismo de transferencia entre una superficie slida y un lquido y/o un gas. La ley quedescribe este fenmeno es la ley de enfriamiento de Newton.
Ley de enfriamiento de Newton:
(2)
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h: Coeficiente convectivo de transferencia de calor
h= f(prop. Del fluido, grado de turbulencia)
Tw: Temperatura de la superficie
T: Temperatura del fluido lejos de la superficieA: Area de transferencia
Orden de magnitud del coeficiente de conveccin
Condicin h, en BTU/hr pie2 F
Aire conveccin libre 1-5Vapor sobrecalentado o aire 5-50
en conveccin forzadaAceite en conveccin forzada 10-300Agua en conveccin forzada 50-2000Agua hirviendo 500-10000Vapor condensandose 1000-20000
Aqu el flujo de calor transferido se relaciona con la diferencia global de temperaturas entrela pared y el fluido, y el rea A de la superficie. La magnitud h se denomina coeficiente detransferencia de calor por conveccin, y la Ec. (2) es la ecuacin que lo define.
En vista de lo anterior, se puede anticipar que la transferencia de calor por conveccindepender de la viscosidad del fluido adems de depender de las propiedades trmicas delfluido (conductividad trmica, calor especfico, densidad).Esto es as, porque la viscosidadinfluye en el perfil de velocidades y, por tanto, en el flujo de energa en la regin prxima ala pared. Si una placa caliente se expone al aire ambiente sin que haya ningn dispositivoexterno que lo mueva, se originar el movimiento del aire como resultado del gradiente dela densidad del aire en las proximidades de la placa. A este movimiento se le llamaconveccin natural o librepor oposicin a la conveccinforzada, que tiene lugar en el casode un ventilador soplando aire sobre la placa. Los fenmenos de ebullicin y condensacintambin se agrupan bajo el epgrafe general de la transferencia de calor por conveccin.
TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIN
Es un proceso por el cual fluye calor desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja t cuando estn separados por un espacio que incluso puede ser el vaco, el termino
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radiacin es generalmente aplicado a todas las clases de fenmenos de ondaselectromagnticas.
Consideraciones termodinmicas muestran que un radiador trmico ideal, o cuerpo negro,emitir energa de forma proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del
cuerpo y directamente proporcional al rea de su superficie as:
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EJEMPLO 1.1. CONDUCCIN A TRAVS DE UNA PLACA DE COBRE.
Una cara de una placa de cobre de 3 cm de espesor se mantiene a 400 C y la otra semantiene a 100C. Qu cantidad de calor se transfiere a travs de la placa?
Solucin. Del Apndice A la conductividad trmica del cobre a 250 C(se saca el valormedio) es 370 W/m C. De la Ley de Fourier:
EJEMPLO 1.2. CLCULO DE CONVECCIN.
Sobre una placa caliente de 50 x 75 cm que se mantiene a 250 C pasa aire a 20 C. Elcoeficiente de transferencia de calor por conveccin es 25 W/m 2 C. Calclese latransferencia de calor.
Solucin. A partir de la ley de Newton del enfriamiento.
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EJEMPLO 1.3. TRANSFERENCIA DE CALOR MULTIMODO.
Suponiendo que la placa del Ejemplo 1.2 est hecha de acero al carbono (1 %), tiene 2 cmde espesor y que se pierden por radiacin desde la placa 300 W, calclese la temperatura
interior de la placa.
Solucin.El calor conducido a travs de la placa debe igualar a la suma de las prdidas de calor porconveccin y por radiacin.
donde el valor de kse ha tomado de la Tabla A.2. As pues, la temperatura del interior de laplaca es:
t = TfTi = -3.19 C
Ti = 250 + 3.19 = 253.19 C
EJEMPLO 1A. FUENTE DE CALOR Y CONVECCIN.
Una corriente elctrica pasa por un hilo de 1 mm de dimetro y 10 cm de largo. El hilo seencuentra sumergido en agua lquida a la presin atmosfrica y se incrementa la corrienteinterior hasta que el agua hierve. En esta situacin h = 5.000 W/m . C y la temperaturadel agua ser 100 C. Cunta potencia elctrica se debe suministrar al hilo para mantenersu superficie a 114C?
Solucin. La prdida por conveccin est dada por la ec.
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1.6 Presin, Unidades y Equivalencias
Definicin de Fluido:
Los fluidos son sustancias capaces de fluir y que se adaptan a laforma de los recipientes que los contienen. Cuando estn enequilibrio, los fluidos no pueden soportar fuerzas tangenciales ocortantes. Todos los fluidos son compresibles en cierto grado yofrecen poca resistencia a los cambios de forma. Los fluidos puedendividirse en lquidos y gases.
Presin de Vapor:Cuando tiene lugar el fenmeno de la evaporacin dentro de unrecipiente cerrado, la presin parcial a que dan lugar las molculas
de vapor se llama presin de vapor. Las presiones de vapor dependende la temperatura, aumentando con ella.
Presin de un Fluido:La presin de un fluido se transmite con igual intensidad en todas lasdirecciones y acta normalmente a cualquier superficie. En el mismoplano horizontal, el valor de la presin en un lquido es igual encualquier punto. Las medidas de presin de los fluidos se realizancon manmetros. La presin manomtrica representa el valor de lapresin con relacin a la presin atmosferica.
La Presin:Viene expresada por una fuerza dividida por una superficie. Engeneral:
p (kg/m2) = dP (kg)dA (m2)
Cuando la fuerza P acta uniformemente sobre una superficie,
tenemos:
p (kg/m2) = P (kg)A (m2)
Diferencia de Presiones:
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La diferencia de presiones entre dos puntos a distintos niveles en unlquido viene dada por
p2p1 = w (h2-h1) en [kg/m2]
donde w es peso especfico del lquido (kg/m3
) y h2-h1 es ladiferencia en elevacin (m)
Si el punto 1 est en la superficie libre del lquido y h es positivahacia abajo, la ecuacin se transforma en:
p = w* h [kg/m2]
Altura de Carga de Presin:La altura de presin h representa la altura de una columna de fluidohomogeneo que d la presin dada. As
h (m de fluido) = p ( kg/m2)w (kg/m3)
Tablas de presin:
Tablas de presinEjercicios
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Unidades y escalas de medida de presin
Las presiones pueden expresarse con referencia a un origen arbitrario. Los orgenesms usuales son el vaco absoluto y la presin atmosfrica local. Cuando se tomacomo origen el vaco absoluto, la presin se llama presin absoluta, y cuando setoma como origen la presin atmosfrica local, se llama presin manomtrica.
El manmetro tipo resorte es uno de los aparatos tpicos que se usan para medirpresiones manomtricas. El elemento que soporta la presin es un tubo metlicocurvado, cerrado por un extremo y que por el otro se conecta al recipiente quecontiene el fluido cuya presin va a medirse. Cuando la presin interna aumenta eltubo tiende a enderezarse tirando de un eslabn que acta sobre la aguja obligndola
a moverse: en la esfera se lee cero cuando en el interior y el exterior del tubo reinala misma presin, cualesquiera que sean sus valores particulares. La esfera puedeser graduada con las unidades que se prefieran como kg/cm2, kg/m2, mm de Hg ometros de agua. Por su construccin, este manmetro sirve para medir presionesrelativas a la presin del medio que rodea al tubo, que suele ser la presinatmosfrica local. Ver figura.
La figura ilustra sobre los orgenes y las relaciones de las unidades de las escalas msfrecuentes. La presin atmosfrica normal es la presin medida a nivel del mar, 760 mm de
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Hg. Cuando la presin se expresa por la altura de una columna de lquido, se refiere a lafuerza por unidad de rea en la base de una columna del lquido y de las alturas dadas.
Manmetros:
Los manmetros son aparatos que emplean columnas lquidas para determinar lasdiferencias de presin. El manmetro ms elemental, llamado corrientementepiezmetro, esta representado en la fig(a)., sirve para medir la presin en un lquidocuando es superior a la presin atmosfrica local. Un tubo de cristal vertical seconecta con el interior del recipiente. El lquido se eleva en el tubo hasta alcanzar elequilibrio. La presin viene dada entonces por la distancia vertical h desde elmenisco (superficie del lquido) al punto donde se ha medir la presin expresada enm, del lquido del recipiente.
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Es obvio que el piezmetro no sirve para presiones manomtricas negativas porque el aireentrara en el recipiente a travs del tubo. Si el peso especfico relativo en w, la presin en
A es h*w [m] de agua.Para medir presiones manomtricas pequeas negativas o positivas en un lquido, el tubodebe tener la forma de la fig.(b). Con esta disposicin en menisco puede quedar por debajode A como se ve en la fig. Como la presin relativa en el menisco es nula y la presindisminuye con la altura,
hA = - h * w [m] de agua
Para grandes presiones manomtricas negativas o positivas se emplea un segundo lquidode mayor peso especifico relativo Fig.(c), que debe ser inmiscible con el primer fluido, quetambin puede ser un gas. Si el peso especifico relativo del fluido en A es w1 y el peso
especfico relativo del lquido manomtrico es w2, la ecuacin de la presin en A puedeescribirse partiendo bien de A o del menisco superior y yendo a travs del manmetro, as
PA + h2 w1 - h1 w2 = 0
Siendo PA la presin desconocida, expresada en metros de columna de agua y h1 y h2tambin en metros.
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2. CALDERAS
Un generador de vapor puede definirse como un equipo que, dentro de suscapacidades genera y entrega vapor en la cantidad, calidad y oportunidadrequerida por el usuario final, en forma continua y en operacin econmicay segura.
2.1 Clasificacin de las Calderas de Calefaccin
Caldera Pirotubular:
En estas calderas, los gases de combustin sonobligados a pasar por el interior de unos tubos, que seencuentran sumergidos en la masa de agua. Todo elconjunto, agua y tubo de gases, se encuentra rodeadopor una carcaza exterior. Los gases calientes, alcircular por los tubos, ceden calor, el cual se transmite
a travs de los tubos, y posteriormente al agua.
La presin de trabajo normalmente no excede los 20kg/cm2, ya que a presiones ms altas obligara aespesores de carcaza demasiados grandes. Suproduccin de vapor mxima se encuentra alrededorde 25 ton/hr.
Las calderas pirotubulares se clasifican en:
a) Para combustibles lquidos (Calderas de hogar
integral y Calderas compactas con tubo hogar)
b) Para combustibles gaseosos
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Caldera Acuotubular:
En estas calderas los gases de combustin circulan porla parte externa de los tubos, mientras que por suinterior lo hace el agua.Estas calderas tienen un gran
espectro de produccin de vapor, la cual puede variardesde una pequea produccin, en calderascompactas, hasta las grandes producciones de 1000ton/h y presiones hasta 150 kg/cm2, cmo es el caso delas centrales termoelctricas.
Las calderas acuotubulares se clasifican en:
a) Compactas (Hogar integral pequeo y Hogar
integral grande)
b) No Compactas (Tubo recto y Tubo curvo)
c) Alta presin y temperatura
d) Lecho fluidizado (Burbujeante, Circulante,Presurizado)
1.B Variables importantes en las calderas de vapor:
Agua de alimentacin, vapor producido, vapor de atomizacin ypurgaTemperatura (C)Presin (kg/cm )Flujo (ton/h)Tipo(s)Temperatura(C)Presin (kg/cm )Flujo (ton/h)Densidad RelativaPoder(es) calorfico(s) superior(es) (kJ/kg)Capacidad(es) calorfica(s) (kJ/kgC)Composicin (% en mol y % en peso)
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Gases de CombustinTemperatura (C)Contenido de oxgeno (% en volumen)Contenido de bixido de carbono (% en volumen)Contenido de monxido de carbono (ppm)
2.2 Tipos de Calderas Empleadas en la Industria
La produccin de energa en el campo industrial necesita calderas que pueden ser diseadasy construidas segn diferentes tecnologas. Las grandes familias de calderas industrialesson las siguientes:
Calderas de tubos de humo
Calderas de vaporizacin instantanea
Calderas de fluido trmico
Calderas de recuperacin
Calderas acuotubulares / de tubos de agua
Calderas de tubos de humo:
El vapor se genera calentando un importante volumen deagua, por medio de los humos producidos durante lacombustin del gas o del fuel y circulando en los tubossumergidos. Esta es la tcnica ms clsica para la produccinde vapor saturado, de agua o de vapor sobrecalentado parauna gama de caudales de 160 a 50 000 kg/h
http://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_pirotubulares.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_vaporizacion_instantanea.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_fluido_termico.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_recuperacion.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/servicios_reparaciones_modernizaciones.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/servicios_reparaciones_modernizaciones.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_recuperacion.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_fluido_termico.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_vaporizacion_instantanea.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_pirotubulares.htm7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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Calderas de vaporizacin instantanea :
El aire comburente es introducido en la caldera VAP o EUROSTEAM atravs de un precalentador que recupera las caloras residuales.Seguidamente este aire se inyecta en el quemador. La llama y los humoscalientan as un serpentn monotubular de dimetro variable, segn trespasos de humos. Por el serpentn circula un flujo de agua que, una vezcalentada, se transforma progresivamente en vapor. Un separador permiteobtener vapor perfectamente seco cuando este es requerido.
Calderas de fluido trmico:
Estas calderas permiten la produccin de vapor, de agua sobrecalentada o defluido trmico, a partir de los gases de combustin provenientes de motoresdiesel, turbinas de gas (cogeneracin), hornos industriales, incineradores
http://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_vaporizacion_instantanea.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_fluido_termico.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_fluido_termico.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/calderas_vaporizacion_instantanea.htm7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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Calderas acuotubulares / de tubos de agua :
Donde el agua a ser calentada fluye dentro de los
tubos, que se encuentran rodeados por la flama y losgases de combustin.
El vapor que produce una caldera de tubos de agua es un vapor seco, por lo que en lossistemas de transmisin de calor existe un mayor aprovechamiento. El vapor hmedoproducido por una caldera de tubos de humo contiene un porcentaje muy alto de agua, locual acta en las paredes de los sistemas de transmisin como aislante, aumentando elconsumo de vapor hasta en un 20%.
2.3 Comportamiento de las Calderas
Evaluacin Energtica (Lineamientos para la evaluacin in situ:Prueba de Comportamiento)
A. DE ACUERDO AL CDIGO ASME
Para realizar la prueba de comportamiento como lo marca el Cdigo ASME(The American Society of Mechanical Engineers. Steam Generating Units,Power Test Codes 4.1), a continuacin se presenta la descripcin yprocedimiento para efectuar la prueba de comportamiento en un generador
de vapor.
A.1. Preparacin de la Prueba
Las condiciones del equipo para efectuar la prueba, debern de seguir lassiguientes recomendaciones previo y durante el desarrollo de la misma comose explica:
Todas las superficies de transferencia, internas y externas, debernestar comercialmente limpias.La caldera ser revisada completamente para detectar cualquier tipo
de fugas. Tambin se debern de revisar las fugas internas del aire ydebern ser corregidasAntes de realizar la prueba, se determinar si la cantidad decombustible empleado es el que se tiene la intencin de usar
http://www.babcock-wanson.es/hi/servicios_reparaciones_modernizaciones.htmhttp://www.babcock-wanson.es/hi/servicios_reparaciones_modernizaciones.htm7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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1.1Condiciones de Operacin
Las condiciones de operacin son las siguientes:
1.2Arranque y paro de la prueba
Las condiciones de prueba debern, como sea posible, ser lasmismas al principio y al final de la prueba, como son lascondiciones de combustin, flujo de combustible, flujo de aguade alimentacin, nivel de agua en el tambor, exceso de aire, lasdiferentes temperaturas y presiones del sistema, as como otrascondiciones que pudieran afectar el resultado de la prueba
1.3 Duracin de la prueba
Se recomienda que la duracin de la prueba paracombustibles lquidos y gaseosos sea de una horaCuando se utilice combustible slido, como carbnpulverizado o triturado, preferiblemente no seamenor de cuatro horas
1.4Realizacin de curvas de comportamiento
Es deseable, pero no mandatorio, que se vare lacarga de la caldera al menos para cuatro diferentescargas, para elaborar la curva de comportamientode la caldera
1.5Frecuencia y consistencia de las lecturas
La frecuencia de tomas de lecturas deber ser de intervalos de 15minutos. Sin embargo, si se presentan fluctuaciones, las lecturasdebern ser tomadas con la frecuencia necesaria para determinarel promedio
1.6Aceptacin de las lecturas
El levantamiento de informacin no ser aceptado si se tieneninconsistencias en los resultados obtenidos durante la prueba
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1.7Reporte de la prueba y observaciones
Todas las observaciones, las lecturas y mediciones debern serregistradas para cumplir con el objetivo de la prueba
1.8Instrumentos y mtodos de medicinLos instrumentos necesarios y procedimientos para realizar lasmediciones debern estar de acuerdo al Cdigo ASME (PowerTest Codes Supplements on Instruments and Apparatus).
A.2 Toma de lecturas
La duracin de la prueba se tomar con una frecuencia de lecturas conintervalos regulares de quince minutos de tal manera que se presente pocavariacin. Para ubicar los puntos de lectura, se pueden observar losesquemas No. 1 y 2. Se sugiere que previo a la prueba, se mantenga la cargadel generador de vapor durante un lapso de una hora ( 30 min. de haberselogrado la estabilidad) para que los parmetros de presin, temperatura yflujo se estabilicen.
Es recomendable que para caracterizar la caldera se realicen, de ser posible,pruebas a diferentes cargas: al 50% (carga baja), 75% (carga media) y al100% (carga mxima de trabajo), de acuerdo al proceso productivo.
Cada prueba se realizar durante una hora y se tomarn mediciones cada 15minutos. Los valores medidos no deben tener discrepancias mayores del 5%entre s en cada prueba, pues de lo contrario sta tendr que repetirse. Paralos clculos, se tomar el valor promedio de los valores obtenidos.
A.3 Levantamiento de informacin
Una vez instalado todo el equipo, para realizar la prueba de comportamiento
se deben de hacer las lecturas previas para que su variacin no sufradesviaciones grandes.
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3.1 Mediciones en el vapor
a. Flujo de vapor
Su medicin se realiza por medio de medidores de flujo (de
toberas, orificio) instalados en la tubera de salida delgenerador de vapor o en el ramal de la red de distribucin enlos puntos o secciones convenientes. Mtodos Alternativos:
Para el caso especfico de produccin de vapor de ungenerador se medir la variacin de nivel en el tanquede agua de alimentacin, manteniendo cerradas lapurga continua y de superficie del generador de vapordurante la medicin.
Conociendo el flujo de agua de alimentacin,restndole la purga en la caldera
b. Temperatura del vapor
Por medio del termmetro ya instalado en la tubera de salidadel generador de vapor. En el caso de tener medicin detemperatura en los tableros de control o en grficos, podrntomarse dichos valores.
Mtodo Alternativo:
Si se trata de vapor saturado, que es el ms comn, con la medicin de la
presin y el uso de tablas de vapor podemos obtener el valor de esteparmetroSi se trata de vapor sobrecalentado y no existen termmetros en elgenerador de vapor o cuarto de control, una alternativa emprica esmedir la temperatura en la superficie de la tubera en un puntoconveniente que est desnudo y limpio, y sumar 15 C.
c. Presin del Vapor
Por medio de un manmetro ya instalado en la tubera desalida del generador de vapor.
Mtodo Alternativo:
Si se trata de vapor saturado y se conoce su temperatura, se puededeterminar mediante tablas de vaporConociendo la presin del agua de alimentacin y restndole la cada depresin en la caldera especficada en el diseo.
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3.2 Mediciones en el agua de alimentacin
a. Flujo del agua de alimentacin
Por medio de medidores ya instalados: pueden ser toberas,
orificios o medidores de flujo de desplazamiento positivo.
b. Temperatura de Agua de Alimentacin
Por medio del termmetro ya instalado.
c. Presin del agua de alimentacin
Por medio de un manmetro ya instalado.
3.3 Cantidad de purga continua
a. Flujo de la purga
Se obtiene por la diferencia entre el flujo de vapor y flujo deagua de alimentacin (es adecuado si no hay fugas de agua en
los tubos del generador de vapor). Como esta medicin esindirecta, depende de la exactitud y confiabilidad de lasmediciones realizadas.
b. Temperatura y presin de la purga
Se obtiene mediante el equilibrio termodinmico del agua yvapor.
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3.4 Vapor de atomizacin
a. Flujo
Se debe de estimar la cantidad empleada de vapor para
atomizar el vapor. b. Presin y temperatura. Se obtiene deigual manera que el vapor principal.
3.5 Combustible
Utilizar de preferencia la informacin del combustible del proveedor, orealizar un anlisis de laboratorio de una muestra de combustible, paraobtener los datos del anlisis y poder calorfico del combustible.
a. Flujo de combustibleGaseoso
Por medio de medidor de flujo de orificio, generalmente seinstala en la caseta de medicin y es proporcionado por elvendedor de combustible (PEMEX). El medidor escompensado por temperatura, presin y densidad.
Lquido
Por medio de medidor de flujo, generalmente dedesplazamiento positivo o de rea variable, compensado portemperatura o por diferencias de nivel.
Slidos
Mediante el pesado del combustible.
c. Presin del combustible
Por medio de un manmetro ya instalado.
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3.6 Anlisis de Gases
a. Composicin
Por medio del analizador de gases de combustin Orsat o
analizador electrnico de gases de combustin. Se deberntomar muestras a diferentes penetraciones del ducto de escapede gases.
En caso de que no existan los puertos para realizar lasmediciones correctamente, se puede hacer un orificio de tomade muestras en el ducto de descarga de gases, cuidando queste no se localice en puntos donde exista infiltracin de aireo cambio de direccin del flujo de gases. Se recomiendarealizar este orificio a la salida del generador de vapor.
b. Temperatura de GasesPor medio de un termmetro o termopar en el mismo orificiodonde se tom la muestra de gases. Es recomendable quetambin se realice la medicin a diferentes penetraciones delducto, con el objeto de obtener la temperatura promedio delos gases. En el caso de utilizar un analizador de gaseselectrnico, ste ya incluye la sonda de temperatura junto conla de gases.
3.7 Mediciones de condiciones del medio ambienteSe tomarn en el cuarto de mquinas junto al generador de vapor
a. Temperatura de bulbo seco
Corresponde a la temperatura normal del ambiente y esmedida por un termmetro de bulbo o cualquier otro tipo.Estas lecturas debern realizarse en el cuarto de maquinas.
b. Temperatura de bulbo hmedo.
c. Presin baromtrica
P = 10,33 - ((h-500)/1000 ) m.c.a.donde: P: Presin baromtrica en m columna de aguah: Elevacin del lugar en m
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En el esquemas No. 1 y 2 se indica la colocacin de losinstrumentos para la realizacin de la prueba decomportamiento. Los requerimientos adicionales que senecesitan son los siguientes:
Esquema 1. Variables a medir en la caldera
Esquema 2. Variables a medir en la caldera
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2.4 Partes de una Caldera
Hogar: Seccin que se encuentra en contacto directo con la flama
a. Dentro de l se debe producir una combinacin ntima entre el combustible y elcomburente (aire).
b. El diseo de sus dimensiones (Altura, anchura y profundidad) debe hacerse paraasegurar la combustin completa.c. Consiste en un espacio limitado por refractario o en muchos casos por paredes deagua.
Quemadores: Dispositivos en donde se lleva a cabo la comunicacinLos combustibles pueden ser slidos, lquidos o gaseososTubos pantallas y sobrecalentador, atemperador y banco generador
Caldern:
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La misin del caldern es acumular en la parte inferior el agua que es distribuida alos distintos colectores de la cmara radiante, y a su vez separar en la parte alta elvapor de las partculas de agua que lleva.
Zona de Radiacin:
La zona de radiacin es el lugar de la caldera donde se produce el calor necesariopara la generacin de vapor, mediante la combustin.Esta parte de la caldera esta formada por un haz de tubos de subida llamados Riserssituados de forma vertical, que se unen por la parte inferior con los tubos bajantesdel caldern. La recirculacin natural que existe entre ambos tipos de tubos esdebido a la diferencia de densidad entre el agua y el vapor.Esta zona recibe una temperatura aproximada de 1000 C debido al calor provocadopor la llama directa y por los humos de la combustin.
Zona de Conveccin:A diferencia de la zona anterior, en esta los humos de la combustin son los quecalientan los tubos de agua o vapor. En ningn caso es la llama directa.La zona de conveccin normalmente esta compuesta de varios elementos, como sonlos tubos de bajada, los recalentadores y los precalentadores de aire.
Partes integrantes de la caldera
Casco o domo Hogar Caja de fuego InstrumentacinFluxes Registros MamparasSobrecalentadotes Chimenea EconomizadoresQuemadores Precalentadores de aire Sopladores de hollnPrecalentadores de agua Sistema de tiro Puerta de acceso a los fluxes
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3. ACCESORIOS DE OBSERVACIN DE LAS CALDERAS
3.1 Indicadores de Nivel de Agua
Los controles de la caldera se usan para ver y monitorear lo que est sucediendo al interiorde la caldera. La revisin diaria y semanal de los controles puede ayudar a que su calderade procesos opere de manera segura y confiable. Las mirillas de calibracin deben estarsiempre limpias para indicar el nivel de agua dentro de la caldera.
Los controles de bajo nivel de agua son diseados e instalados para minimizar el sobrecalentamiento de las partes de la caldera. Los interruptores de corte por bajo nivel de aguaestn diseados para apagar los equipos de quemadores en caso de una cada del nivel deagua por debajo de un punto especfico.
El drenado peridico y las pruebas del interruptor de corte por bajo nivel y de la mirilla decalibracin confirmar la confiabilidad de estos controles. El drenado de la cmara de aguadel interruptor de corte por bajo nivel remueve el lodo y los sedimentos a las vez quesimula una condicin de bajo nivel de agua para apagar el quemador.
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Cada caldera de vapor debe tener un nivel de agua de vidrio conectado a la caldera porvlvulas no menores de de dimetro y con un drenaje en el nivel de vidrio no menor de. La parte visible del vidrio de nivel de agua debe estara no menos de 1 por encima delmnimo nivel permisible de agua estipulado por el fabricante.
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3.2 Indicadores de Presin
Los calibradores de vapor le permiten saber al operador la presin de la caldera y delsistema de vapor. Los calibradores de vapor rotos o inexactos deben ser reemplazados.Las vlvulas de seguridad estn diseadas para abrirse en caso de que la presin de lacaldera alcance el nivel fijado en la vlvula de seguridad. Las vlvulas de seguridaddebidamente calibradas y funcionando adecuadamente previenen la explosin de la calderaen caso de condiciones de presin excesiva.
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1. Para calderas de calefaccin a vapor debe tener un manmetro depresin de vapor con una escala graduada a no menos de 2.1 kg/cm2ni a ms de 4.2 kg/cm2. Las conexiones a la caldera no deben ser demenos de de dimetro de tubera normal, pero si se utiliza tubo deacero estirado, no debera ser menor de .
3.3 Analizadores de Gases
La sonda tiene en su extremo un elemento de xido de circonio, que realiza la medicin delos gases de combustin. Esta sonda se instala en el conducto de salida de humos de la
caldera y trasmite las seales al analizador continuo. Esta seal es tambin posible enviarlael sistema de regulacin de quemadores, que la procesa y es capaz de optimizar con ella lacombustin.
Sonda para medicin continua de oxgenoen los humos de salida de una caldera
Estos instrumentos miden CO, CO2, SO2 y NOx. Con estas lecturas pueden efectuarseajustes sobre la relacin aire/combustible y otros ajustes si son necesarios para llevar losvalores a los puntos de consigna de diseo.
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Panel de un analizador continuo dehumos con microprocesador
3.4 Indicadores de Temperatura
Existen diferentes instrumentos de medicin, entre ellos se encuentran:
Termmetro bimetalitoTermmetro de gas o lquidoDetectores de temperatura o resistenciaTermopares
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4.- ACCESORIOS DE SEGURIDAD
4.1 Vlvulas de Seguridad
Es un dispositivo de alivio de presin actuado por la presin ajustada perocaracterizado por una accin de apertura rpida, para trabajar y rebajar presininmediatamente, al dejar escapar vapor de un recipiente cerrado. Pero tambinpuede utilizarse para servicio de alivio de la presin de aire.
Evita que la presin de la caldera suba por encima del valor de ajuste librando de lapresin del vapor excesivo y protegiendo contra los riesgos de la sobrepresin.
Este es el dispositivo de seguridad ms importante sobre una caldera, y puede ser laltima defensa contra una explosin por sobrepresin.
Es de suma importancia que una vlvula de seguridad este correctamente construida(de acuerdo al cdigo ASME)..
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Es de suma importancia que una vlvula de seguridad este correctamente construida(conforme al cdigo ASME). Siendo su funcionamiento de dispara por muelle directocargado a resorte, y adecuadamente calibrada tanto en posicin como en caudal o capacidadde evacuacin y equipada con una palanca de prueba. La presin de ajuste debe
corresponder a la presin mxima admisible por la caldera. Una vlvula de seguridadsegn el cdigo ASME lleva la inscripcin:
V
Nombre del fabricante o marca registrada comercialTipo de fabricante o nmero de diseoTamao en pulgadasDimetro del asiento, pulgadasPresin a la que la vlvula esta ajustada para disparar, psi o kg/cm2Venteo psi o kg/cm2
Capacidad de descarga, bl/hr o kg/hrCapacidad de palanca, pulgadas o milmetrosSmbolo del cdigo ASME
Los requisitos constructivos ms importantes son que el disco y el asiento sean de materialanticorrosivo y que el asiento este abrochado al cuerpo de modo que no pueda levantarsecon el disco de la vlvula.
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4.2 Tapones Fusibles
Fusible de cobre o bronce que tiene un taladro interior relleno de estao al 99 por 100 depureza y con una temperatura de fusin entre 400 y 500 F (204 a 260 C) e instalado en la
parte ms baja del nivel de agua de seguridad en una caldera. El final de este ncleotaladrado y relleno de estao est expuesto a la presin de la caldera y el opuesto, a losgases de combustin y esta diseado para fundirse si el nivel bajo de la caldera se aproximapeligrosamente al nivel mnimo de seguridad de agua. Cuando el ncleo funde porrebajarse su temperatura de fusin, el vapor que escapa dar la alarma.
4.3 Alarmas
Fotocelda: es un sensor de luz que sirve para detectar una falla de flama, manda una alarma
y apaga la caldera.
Vlvula de seguridad: es una vlvula generalmente mecnica y calibrada a la mximapresin permitida de la caldera para no permitir llegar a una sobre presin que provoqueuna explosin.
Bajo Nivel de Agua. es un equipo colocado al nivel normal de agua de la caldera, tiene dosfunciones, una es la de controlar las bombas de alimentacin de agua, la otra es la de
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mandar una alarma y apagar la caldera cuando el nivel de agua esta por debajo del limitemnimo, este nunca debe ser abajo de los fluxes, en cuanto suene esta alarma se debercerrar la vlvula de salida de vapor para evitar que sigua la evaporacin y el nivel de aguabaje por debajo de los fluxes, verificar porque bajo tanto el nivel y no mandar agua hastaverificar si el nivel esta sobre los fluxes y hasta que se enfri la caldera y se revisen estos
(los fluxes) por deformacin y/o grietas.
Alarma de baja presin de aire de atomizacin: apaga la caldera cuando detecta que lapresin de aire de atomizacin no es la suficiente.
Alarma de baja presin de aire de combustin, es un sensor que detecta que el ventiladorforzado este trabajando normalmente y cuando no es as apaga la caldera y manda unaseal.
Sensor de baja/alta temperatura de combustible: en las calderas de combustoleo, a las que elcombustible debe tener cierta temperatura detecta esta, y si no es adecuada apaga la caldera
y manda una alarma.
Sensor de baja presin de gas: En las calderas de gas manda una seal cuando la presin delgas no es suficiente y apaga la caldera.
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5.- ACCESORIOS DE ALIMENTACIN DE AGUA
Los elementos auxiliares de la lnea de agua de calderas pueden dividirse en tresgrandes grupos:
1. Equipo que precalienta el agua de alimentacin, pero es exterior al flujo deproductos de combustin.
2. Equipo que combina algn calentamiento exterior del agua de alimentacincon alguna eliminacin de gases indeseables o impurezas en el aporte deagua, como evaporadores o desaireadores.
3. Equipo que trata exteriormente el agua de alimentacin de caldera paraeliminar impurezas indeseables productoras de incrustaciones tales como losequipos desendurecedores de agua y desmineralizadores
Calentadores cerrados de agua de alimentacin
Se usan mucho en las plantas de calderas de centrales para precalentar el agua poretapas, extrayendo vapor de las turbinas de vapor en lo que se describe como cicloregenerativo. Sin embargo en las plantas industriales tambin se utiliza elcalentamiento de agua de alimentacin pero en diferente tamao y disposicin.Loa calentadores de agua de alimentacin se utilizan para llevar esta agua a latemperatura prxima a la del agua de la caldera. Cada 10 F de aumento de estaagua, el rendimiento de la caldera se incrementa en alrededor del 1 por 100, debido
al ahorro de combustible. Adems se pueden evitar tensiones trmicas al alimentarcon agua a temperaturas ms elevada.
El venteo es importante en los calentadores, especialmente en la zona decondensacin, para eliminar los gases inconfensables que pueden desprenderse delos productos qumicos del agua de alimentacin y del aire que haya podidointroducirse. La acumulacin de gases incondensables puede producir problemas decorrosin en el calentador y ataques cidos en zonas muertas del calentador.
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Calentadores abiertos de agua de alimentacin
Son calentadores de contacto directo porque utilizan el calor del vapor para calentaragua a medida que se mezclan. El calentador trabaja a baja presin desde la
atmosfrica hasta 30psig, con el agua y el vapor a la misma presin.
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Calentador desaireador
Es un desarrollo del calentador abierto y aumenta su funcin de eliminacin deloxigeno al trabajar a temperaturas correspondientes a presiones por encima de laatmosfrica. El vapor usado en el desaireador aumenta la temperatura del agua dealimentacin y esto rebaja la solubilidad del oxgeno en el agua, abandonado eloxgeno al agua y siendo venteado como gas.
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Preparacin de agua bruta
Muchas plantas usan agua bruta procedente de ros o lagos como agua de aportacina calderas. Esta agua se trata externamente por sedimentacin, filtracin,ablandamiento y eliminacin de gases disueltos.
Sedimentacin:Permite a los slidos sedimentarse y depositarse fuera del agua porcada o goteo a la parte inferior de un depsito cerrado. El procesopuede ayudarse con la utilizacin de coagulantes como almina osulfatote aluminio, cloruro frrico y xido de magnesio.
Filtracin:Difiere de la sedimentacin en que las partculas ms pequeas yligeras de materia suspendida y coagulada permanecen despus de lasedimentacin y deben eliminarse por filtracin.
Ablandamiento del agua:
El agua que contiene cantidades apreciables de calcio y magnesio ensolucin se denomina agua dura. Esta es especialmente prohibitivapara su uso en calderas porque las sales clcicas y de magnesio sedepositan en los tubos, formando una capa ptrea en sus paredesinteriores, normalmente llamada incrustacin, esta acta comoaislante trmico, evitando una transferencia trmica adecuada entre lallama y el agua del interior de los tubos. Esto ayuda al consumo
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excesivo de combustible. La incrustacin severa puede producir elsobrecalentamiento de los tubos y su rotura.
Tipos de dureza
Dureza temporal:Contiene grandes cantidades de bicarbonato clcico, Esta agua puedeablandarse mediante ebullicin, o aadiendo suficiente cal, en amboscasos el carbonato clcico precipitar. Este precipitado debe purgarsefuera de la caldera para evitar su depsito y precipitacin en loscalderones o colectores.
Dureza permanente:El agua que contiene sulfato de calcio y magnesio no se ablanda porebullicin. Puede ablandarse por adicin de carbonato sdico
(Na2CO3), de modo que los carbonatos clcicos y de magnesioprecipiten.
El proceso de ablandamiento fro por cal y sosa trata agua bruta concal, hidrxido de calcio (cal apagada) y sosa o carbonato sdico, paraeducir parcialmente la dureza.El proceso de ablandamiento caliente por cal y sosa opera 212 F(100 C) y ms, utiliza vapor como fuente trmica.
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Los desmineralizadores:
Eliminan materias disueltas en agua pretratada de caldera porcontacto del agua con intercambiadores de resinas inicas. Estas sonburbujas esfricas de cidos y bases insolubles formados por cadenasde polmeros con anillos o cadenas en cruz. Estas resinas eliminan losslidos disueltos por un intercambio inico, que deja iones inocuosen el agua.
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6.- ACCESORIOS DE LIMPIEZA
6.1 Puertas de Inspeccin
Puertas delanteras y posteriores con bisagras y brazos facilitan la apertura de la
caldera en espacio reducido con el fin de permitir el acceso para inspeccionar lasuperficie de los tubos, lo cual elimina la necesidad de desmontar el quemador ytubera de combustible
Ventilador
El cuerpo del quemador esta diseado con un sistema de visagra que permite fcilacceso al ventilador y los componentes internos del quemador sin la necesidad de
desconectar las lneas de combustible, el quemador propiamente ni la partedelantera de la caldera.
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6.2 Llave de Purga
Se precisa una conexin u orificio de purga en la parte inferior de la caldera (fig.2.5y 2.8) y en su generatriz ms baja para cumplir contres propsitos:
1. Eliminar y evacuar los lodos precipitados y restos de escamacin2. Permitir una bajada rpida del nivel de agua si se ha elevado conexceso accidentalmente
3. Como medida de eliminacin de agua del sistema de calderas demodo que pueda aadirse agua nueva para mantener la concentracinde slidos en la caldera por debajo del punto en que puede haberdificultades.
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6.3 Sopladores de Holln
Se usa vapor o aire para soplar y limpiar de holln las superficies de calefaccin. Lafrecuencia del soplado de holln depende del aumento de temperatura de los gases deescape, que indica al operador de caldera cundo soplar los tubos.
El aire o vapor utilizado debera ser seco para evitar el impacto de las gotitas deagua (el agua puede causar erosiones en tubos, chapas tubulares o bafles en calderas)sobre las superficies de los tubos. Los sopladores de holln deberan drenarse de todocondensado antes de su utilizacin.
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7.- ACCESORIOS DE ALIMENTACIN DE COMBUSTIBLES
7.1 Quemadores de Combustible Lquido
Adems de proporcionar combustible y mezclarlo, los quemadores deben prepararel fuel-oil (y/o gas-oil) para la combustin. Los dos sistemas son:
1. el combustible debe vaporizarse o gasificarse porcalentamiento en el quemador
2. el aceite combustible debe atomizarse por el quemador demodo que la vaporizacin pueda tener lugar en la cmara decombustin.
Est atomizacin se efecta de tres formas bsicas
1. Utilizando vapor o aire comprimido para romper el aceite engotitas.
2. forzando el aceite a pasar a presin a travs de un orificio
3. desprendindola de una pelcula de aceite por centrifugado
Adems un quemador debe suministrar una buena mezcla de combustible y aire
para pueda garantizarse una completa combustin de las gotitas.Estos quemadores pueden clasificarse en dos tipos segn sus sistemas:
1. Mezcla interna o premezcla del combustible y vapor o aire,como se muestra en la fig.11.11a para vapor y la fig.11.13bpara aire.
2. Mezcla externa, cuando todo el combustible emergente delquemador se cruza y es captado por el chorro de vapor o airefig.11.13c
La fig. 11.13d muestra un registro de aire que controla la cantidad de aire decombustin que rodeara al combustible proyectado al hogar. El consumo de vaporde atomizacin ronda del 1 al 5% del vapor producido.
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Atomizadores mecnicos:Los quemadores de atomizacin mecnica dependen de la altapresin de aceite producida por una bomba para forzar a ste a travsde las boquillas a producir una niebla fina para una combustin mscompleta en el hogar.
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7.2 Quemadores de Combustible Slido
Existen dos clases de alimentadores: el de alimentacin superior, donde elcombustible se lleva al hogar por el alimentado superior, y el inferior, donde elcombustible se lleva por la parte inferior del hogar. Los alimentadores superiores se
clasifican adems en alimentadores de proyeccin y alimentadores de parrillamviles. Ver figura11.7
En el alimentador superior de proyeccin, el carbn en bruto se sopla o proyecta pormedio de aire o vapor o paletas rotativas en suspensin o proyeccin por encima del lechode combustin. En el alimentador de parrilla mvil, el combustible se aade o suministra
por encima de la parrilla mediante una tolva y atravesando su compuerta, que regula elespesor de la capa o lecho de combustible.
Combustin del carbn pulverizado:
Es el medio ms utilizado para quemar carbn en las calderas grandes. El sistema exige alcarbn pasar desde las tolvas de alimentacin a travs de alimentadores hasta el molino
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pulverizador. La molienda del carbn permite a los elementos combustibles del carbn unaoxidacin rpida en el momento en que se alcanza la temperatura de ignicin.3.6.- CONTROLES AUTOMATICOS
La telegestin, aplicada a las salas de calderas, se puede definir como el modo de
aprovechar y desarrollar la posibilidad de adquirir informacin, transmitirla y tratarla contoda la rapidez, fiabilidad e inteligencia necesarias.Estas funciones se pueden clasificar en tres fases:
Adquisicin de datos Transmisin de las informaciones Tratamiento de la informacin
Primera funcin: adquisicin de datos
Para obtener los datos en la primera fase del proceso. Se utilizan los captadores queconstituyen los rganos sensoriales del sistema. Estos captadores pueden, bien detectar unestado, bien efectuar una medicin, o incluso realizar un recuento.
Deteccin de un estado: Se trata de captadores muy sencillos que transmiten unainformacin del tipo 0-1, todo o nada. Generalmente concerniente a la marcha oparada de bombas y tambin son corrientemente utilizados para transmitir alarmas
Realizacin de una medicin: Las medidas ms frecuentes utilizadas son detemperaturas interiores de locales, exteriores, temperaturas de salida y de retorno deagua, temperatura de humos, etc. Tambin se puede efectuar otras mediciones:
medicin del porcentaje de CO2 en los humos, del caudal de extraccin de aire deuna ventilacin, del estado higromtrico en un recinto, etc.
Realizacin de un recuento: Se puede contar la energa calorfica consumida, losgrados-da unificados (segn la evolucin de las condiciones climticas), el tiempode funcionamiento de una mquina, un caudal, etc.
Segunda funcin; transmisin de las informaciones
En la segunda fase del proceso, las informaciones son emitidas por la unidad local, llamada
todava puesto secundario.
Se ofrece dos posibilidades:
Si la unidad local tiene la funcin de transmisor se enva, generalmente, por mediode la red telefnica, todas las informaciones procedentes del conjunto de salas decalderas.
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Tambin se puede hacer, opcionalmente, que esta unidad local tambin se concibacon inteligencia importante, con el fin de que ella misma pueda tratar un ciertonmero de informaciones, es decir, comportarse de manera autnoma.
Tercera funcin: tratamiento de la informacin
Pueden distinguirse dos tipos de tratamiento que son distintos en su propia esencia: untratamiento activo y un tratamiento de anlisis.
El tratamiento activo consiste en un clculo o comparacin de datos que comportauna accin directa: una alarma o un accionamiento. Por ejemplo, la informacin deuna temperatura inferior demasiado baja y de una parada de los quemadoresocasionar una alarma y la llamada automtica al personal de servicio.
El tratamiento de anlisis es la razn misma de la unidad o puesto central. Los datosestudiados no conllevan una accin directa, sino que son analizados con vista a unafutura eleccin. Por ejemplo, el clculo del rendimiento da a da- de la sala decalderas y enviar personal al lugar respectivo para realizar una inspeccin y unaaccin, pudiendo consistir sta ltima, bien en una regulacin a causa de unadesviacin, o bien en la sustitucin de un rgano defectuoso Este tratamiento deanlisis puede contener, tambin, toda la gestin de los fluidos (seguida de losconsumos) que pueden terminar en una verdadera contabilidad analtica
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Control de Nivel de Agua
La regulacin del nivel de agua y del caudal de alimentacin puede llevarse a cabopor un regulador autocontenido, ver fig. 10.16. Los controladores de nivel ms modernospueden ser por vlvulas controladoras que dependen de sensores para detectar el nivel y
despus transferir esta medida mediante seales neumticas o elctricas a un actuador o aun microprocesador, que despus ajusta el nivel al punto deseado o requerido.
Las calderas viejas estn todava equipadas con reguladores de nivel yalimentadores de agua autocontenido. Hubo tres clases generales de reguladores de agua dealimentacin utilizados para toda clase de tamaos de calderas y de potencias:
1. el regulador mecnico-termosttico (Copes)2. el tipo de fluido termosttico3. el tipo de flotador boya
El regulador mecnico-termosttico (Copes), cada extremo del tubo inclinado estconectado a la caldera, as cuando el nivel de agua de la caldera es normal, el nivel de aguaestar por la mitad del tubo inclinado. Debido a la posicin inclinada del tubo termosttico,una variacin de 1 en el nivel de agua de la caldera producir un cambio de variaspulgadas en la posicin del agua del tubo. Un extremo del tubo esta conectado a travs deun bielaje y poleas de traccin a la vlvula de control de alimentacin de agua. A medidaque el nivel de agua baja en la caldera, la parte mayor de la longitud del tubo estarexpuesta al vapor, se expansiona y abre la vlvula de control de alimentacin de agua. Amedida que el nivel de agua sube, el tubo se enfra, se contrae y cierra la vlvula dealimentacin de agua.
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Regulador de alimentacin de agua de tres elementos
Es un controlador de alimentacin de agua de tres elementos, ver fig.10.17, elcaudal o flujo de vapor, el caudal de agua de alimentacin y el nivel de agua son medidosregistrados por medidores operados mecnicamente. Las medidas de caudal de vapor y deagua ests equilibradas una respecto a la otra mediante un embielaje diferencial. Un controlpiloto est conectado al embielaje de modo que cualquier diferencia entre las cantidades decaudal de vapor y de agua produce un cambio en la seal de salida neumtica. Esta sealse transmite a un rel de aire que est combinado con la seal neumtica procedente delregistrador de nivel de agua.
Un cambio de carga en la caldera desequilibra el embielaje mecnico, produciendoas un cambio en la seal de salida del control piloto. Lo que a su vez cambia la seal desalida del rel de aire. Esta nueva seal reposiciona la vlvula de seguridad de control deagua de alimentacin, admitiendo el agua necesaria en la caldera, igualando el caudal deagua entrante al de vapor que sale de la caldera. El cambio resultante en el caudal de aguareequilibra el embielaje mecnico diferencial y lleva la seal de control piloto a su puntoneutro.
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Presostatos
Los controles todo / nada se limitan a las calderas de humos y pequeas calderas de tubosde agua. Como su nombre lo indica, una cada de presin acta sobre un presostato(fig.10.19) o ampolla de mercurio para arrancar el alimentador o quemador de carbn yabrir la compuerta del aire o a la inversa, cerrar y cortar cuando la presin sube de nuevo.Como el control se limita a variar las duraciones de los perodos de funcionamiento y paro,
la eficiencia de la combustin es baja. Un circuito tpico de control de combustin para unacaldera de calefaccin de vapor de tiene: control de corte por bajo nivel de agua y controlde presin en serie elctrica. As, si un control abre, la corriente al motor del quemador secorta.
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Termostatos
Un termostato es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra uncircuito elctrico en funcin de la temperatura. (ver fig.3.11)
http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctrico7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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Algunos tipos de termostatos son:
Bimtalicos:
Consiste en dos lminas de metal unidas con diferente coeficiente de
dilatacin trmico. Cuando la temperatura cambia la lmina cambia de formaactuando sobre unos contactos que cierran con circuito elctrico.
Pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados, cambiando suestado cuando la temperatura alcanza el nivel para el que son preparados.
Termostato de parafina:
Empleados en vlvulas de control de fluido, contienen parafina
encapsulada que se expande al aumentar la temperatura, esta a suvez empuja un disco que permite el paso del fluido. Cuando el fluidobaja su temperatura un resorte regresa el disco a su posicin inicialcerrando el paso. Un ejemplo de este termostato es el empleado enel sistema de enfriamiento de los motores de combustin interna.
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1minahttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_dilataci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_dilataci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Parafinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Parafinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Resortehttp://es.wikipedia.org/wiki/Resortehttp://es.wikipedia.org/wiki/Resortehttp://es.wikipedia.org/wiki/Parafinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_dilataci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_dilataci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mina7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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Termistor:
Este tipo de termostatos estn construidos alrededor de un termistor. Untermistor es un dispositivo que cambia su impedancia dependiendo de latemperatura.
La impedancia del termistor es leda por un sistema de control, usualmentebasado en un microprocesador, que es programado para realizar diferentesoperaciones a determinadas temperaturas.
Existen infinitas variantes de termostatos electrnicos, pero la mayora de laveces el componente real de lectura de temperatura es el termistor. Existenversiones antiguas donde empleaban termostatos de gas. En generalcualquier dispositivo que permita medir con electrnica la temperatura puedeser integrado en un termostato, por ejemplo resistencias de platino,semiconductores censores de temperatura etc.
http://es.wikipedia.org/wiki/Termistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_controlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_controlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termistor7/22/2019 Nociones de calderas.pdf
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9.- ACCESORIOS PARA CONTROLAR O REGULAR EL GRADO DERECALENTAMIENTO DEL VAPOR
9.1 Economizadores
Los economizadores sirven como captadores para quitar calor de los gases decombustin a temperaturas moderadamente bajas, despus de que dichos gasesabandonen las secciones de generacin y sobrecalentamiento de la caldera. Laclasificacin general es:
1. De tubo horizontal o vertical, de acuerdo con la direccin del flujo de losgases respecto a los tubos del haz.
2. De flujo paralelo o contraflujo, con relacin a la direccin relativa del gas ydel flujo de agua.
3. Vaporizador o no vaporizador, de acuerdo al rendimiento trmico.
4. Retorno curvado o tubos de tipo contino.5. Tipo de tubo plano o superficie extendida, de acuerdo a los detalles deldiseo y la forma de la superficie calefactora
La cantidad de superficie calefactora que podra utilizarse en un economizador estlimitada por la temperatura final del gas en la salida. S la temperatura del gas seenfra por debajo del punto de roco, puede tener lugar la condensacin. El azufreen los humos se combina con la humedad para producir cido sulfuroso, que esextremadamente corrosivo para todos los aceros de construccin en contacto con losgases entre el economizador y la chimenea.
El agua de alimentacin de bajo contenido de oxgeno es muy recomendable paraser usada con los economizadores de tubos de acero. Las vlvulas de seguridad seprecisan sobre los economizadores para protegerlo contra la presin excesiva quedebe aportar la bomba de alimentacin si el regulador o vlvula de alimentacin decaldera estuviera cerrado.Un recalentadores bsicamente otro sobrecalentador usado en las calderas de lascentrales modernas para incrementar el rendimiento de la planta. Mientras elsobrecalentador toma vapor del caldern de la caldera, el recalentador obtiene vaporutilizado de la turbina de alta presin a una presin por debajo de la caldera.
La fig.3.13, muestra en el punto 11, la seccin de un economizador
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9.2 Calentadores de Aire
Hacen la recuperacin trmica final de los gases o humos de la caldera con los quese precalienta el aire de entrada al hogar para su combustin con el fuel o gasnatural (ver fig.3.13 punto 6 y fig.3.17). As algo de combustible se ahorra. Pero la
temperatura de los gases no debe reducirse por debajo de su punto de roco, ya quela humedad de los gases los condensara. Esto podra producir agua que combinadacon el azufre y posiblemente con dixido de carbono y tambin con monxido decarbono, formara los cidos sulfurosos y carbnicos altamente corrosivos.
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10. COMBUSTION Y COMBUSTIBLES
El proceso bsico de combustin es una forma especial de oxidacin en que eloxgeno del aire se combina con elementos combustibles, que generalmente soncarbono, hidrogeno y en menor medida azufre. Se necesita una mezcla adecuada de
combustible y aire, as como una temperatura de ignicin para que el proceso decombustin contine. La combustin incompleta da como resultado humos y unmenor rendimiento de la operacin. Para obtener una combustin completa, elvolumen del hogar deber ser adecuado para permitir la combustin completa de laspartculas combustibles antes deque pasen a las superficies calefactoras.Para poder mezclarse ntimamente el oxgeno con los gases y partculas delcombustible que se esta quemando, la accin de la llama debe producir unaturbulencia.
10.1 Tipos de CombustiblesLos elementos fundamentales que producen calor en los combustibles son elcarbono, el hidrgeno y sus compuestos. La combustin de carbn, aceitescombustibles derivados del petrleo o gas natural es una reaccin que implica alcombustible y al oxgeno del