Universidad

Veracruzana Facultad de Ciencias Químicas

Campus Coatzacoalcos

Operaciones de transferencia de masa I

Ing. Gustavo Robelo Grajales

Práctica: Caldera

Integrantes:

Drago Trejo Oscar

Franyutti Villegas Flavio Cesar

Gallegos Martínez Mariela

García Mendo Irving Sakay

García Pereyra Alexis Alfonso

García Retama Diana Fernanda

Hernández Hernández Constantino

Jiménez Reyes Nelson Alberto

Juárez Jerónimo Yoshelin

Sección: 602

ALCANCE.

En esta práctica se propone a llevar acabo la aplicación del aprendizaje

obtenido a lo largo del curso con respecto al funcionamiento y sus bases

de teoría. Para poder alcanzar de manera práctica los conocimientos

básicos.

OBJETIVO

Comprender el funcionamiento y la importancia de la aplicación de

calderas, llevándolo acabo de manera práctica y así mismo la importancia

de generar vapor por medio de esta, para contribuir al arranque de otros

equipos que aporta otras funciones.

INTRODUCCION.

Las calderas son la parte más importante del circuito de vapor, después de

todo, es donde se genera el vapor. Una caldera puede definirse como un

recipiente en el que se transfiere la energía calorífica de un combustible a

un líquido. En el caso de vapor saturado, la caldera proporciona también

energía calorífica para producir un cambio de la fase en los líquidos. Las

calderas o generadores de vapor son instalaciones industriales que,

aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan o

calientan el agua para aplicaciones industriales.

La importancia de las máquinas de vapor, atrajo a científicos como Carnot

a fundar la termodinámica, rama de la física que estudia el calor y las

propiedades térmicas de la materia.

Las calderas de vapor, constan básicamente de 2 partes principales:

Cámara de agua.

Cámara de vapor.

Cámara de agua.

Recibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la

caldera, el nivel de agua se fija en su fabricación (figura 1), de tal manera

que sobrepase en unos 15 cm. Por lo menos a los tubos o conductos de

humo superiores. Con esto, a toda caldera le corresponde una cierta

capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua. Según la razón que

existe entre la capacidad de la cámara de agua y la superficie de

calefacción, se distinguen calderas de grande, mediano o pequeño

volumen de agua.

Las calderas de gran volumen de agua son las más sencillas y de

construcción antigua, se componen de uno a dos cilindros unidos entre sí y

tienen una capacidad superior a 150 HLT de agua por cada metro de

superficie de calefacción. Las calderas de mediano volumen de agua están

provistas de varios tubos de humo y también de algunos tubos de agua, con

lo cual aumenta la superficie de calefacción, sin aumentar el volumen total

del agua. Las calderas de pequeño volumen de agua están formadas por

numerosos tubos de agua de pequeño diámetro, con los cuales se aumenta

considerablemente la superficie de calefacción. Como características

importantes podemos considerar que las calderas de gran volumen de

agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión del

vapor y el nivel del agua, pero tienen el defecto de ser muy lentas en el

encendido y debido a su reducida superficie producen poco vapor,

adicionalmente son muy peligrosas en caso de explosión y poco

económicas. Por otro lado, las calderas de pequeño volumen de agua, por

su gran superficie de calefacción, son muy rápidas en la producción de

vapor, tienen muy buen rendimiento y producen grandes cantidades de

vapor, debido a esto requieren especial cuidado en la alimentación del

agua y regulación del fuego, pues de faltarles alimentación, pueden

secarse y quemarse en breves minutos.

Cámara de vapor.

Entre el nivel del agua y la toma de vapor, es el espacio ocupado por el

vapor en el interior de la caldera, el cual debe ser separado del agua en

suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor

debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente también la

distancia. Adicionalmente las calderas tienen dentro de su configuración

gran cantidad de elementos en cuanto a operación y control.

ADICIONALMENTE UN SISTEMA DE GENERACIÓN DE VAPOR TIENE:

Válvulas de seguridad. Están diseñadas para liberar fluido cuando la presión

interna supera el umbral establecido. Su misión es evitar una explosión, el

fallo de un equipo o tubería por un exceso de presión.

Válvulas reguladoras de

flujo.

Bomba de alimentación.

Tanque de condensados.

Trampas de vapor.

Tipo de válvula automática que filtra el condensado (es decir vapor

condensado) y gases no condensables como lo es el aire esto sin dejar

escapar al vapor. En la industria, el vapor es regularmente usado para

calentamiento o como fuerza motriz para un poder mecánico. Las

trampas de vapor son usadas en tales aplicaciones para asegurar que

no se desperdicie el vapor.

Redes de distribución.

Equipos consumidores.

Sistemas de recuperación de calor. El sistema de recuperación de

calor está diseñado para recuperar las pérdidas de calor y un

porcentaje del agua contenida en la purga de caldera.

IMPORTANCIA DE LOS GENERADORES DE VAPOR.

El generador de vapor, como su nombre lo indica, tiene la función de

producir vapor para ser utilizado en la generación de energía mecánica

eléctrica y para la alimentación a equipos de proceso. Hoy en día este

equipo es un elemento esencial en el funcionamiento de prácticamente

todas las empresas industriales. Por ello se ha llegado a plantear que el

generador de vapor es el corazón de toda industria moderna. Las empresas

industriales necesitan energía para su funcionamiento, generalmente, en su

forma primaria el calor, o como electricidad. De ahí que siempre se requiera

la presencia de generadores de vapor para producir el vapor que

suministrará el calor o que generará la energía eléctrica. En aquellos casos

en que la industria prescinda de tener sus propios equipos, tendrá que tomar

energía eléctrica del sistema nacional, la que en casi su totalidad es

producida en centrales termoeléctricas con potentes generadores de

vapor.

TIPOS DE CALDERAS.

Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado líquido se encuentra en un

recipiente y es atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta

temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora

al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases

de escape.

DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE UN GENERADOR DE VAPOR.

El generador de vapor tiene la función de transferir al agua, la energía en

forma de calor de los gases producto de la combustión de la sustancia

combustible, para que esta se convierta en vapor. Este equipo, que tuvo

prácticamente su origen con el surgimiento de la máquina de vapor en la

época de la revolución industrial

Lo componen diferentes partes algunas de las cuales tienen funciones

específicas, imprescindibles para el funcionamiento y otras cuya misión es la

de aumentar la eficiencia de la recuperación del calor desprendido y

contribuir, de paso, al funcionamiento correcto del generador de vapor. En

dicho funcionamiento tiene gran importancia el movimiento de los gases

portadores del calor, desde el horno donde se producen hasta la chimenea

que los expulsa al medio ambiente; durante este recorrido es que se ponen

en contacto con la superficie de transferencia de calor. Por otra parte, el

movimiento del agua y de la mezcla agua - vapor que se crea producto de

la aceptación de calor, tiene también singular interés en el funcionamiento

del generador de vapor; este movimiento puede tener dos orígenes: natural,

producto de las fuerzas de empuje que se crean como consecuencia de las

diferencias de densidades entre las partes calentadas y las no calentadas;

o forzado, cuando se crea mediante un equipo mecánico, es decir, una

Acuo-tubulares: son aquellas

calderas en las que el fluido de

trabajo se desplaza a través de

tubos durante su calentamiento.

Son las más utilizadas en las

centrales termoeléctricas, ya que

permiten altas presiones a su

salida y tienen gran capacidad de

generación.

bomba. El generador de vapor está compuesto por las siguientes partes

principales

PRINCIPALES DE UN GENERADOR DE VAPOR.

HORNO ECOMIZADOR

QUEMADORES CALENTADOR DE AIRE

PAREDES DE AGUA VENTILADOR DE TIRO FORZADO

DOMO VENTILADOR DE TIRO INDUCIDO

SOBRECALENTADOR DE VAPOR ALIMENTADOR DE AGUA.

PROBLEMAS BÁSICOS PLANTEADOS EN EL INTERIOR DE LAS CALDERAS.

Los principales problemas que pueden aparecer en la utilización de las

calderas de vapor vienen motivados por los siguientes procesos:

Incrustaciones.

Corrosiones.

Arrastres.

Depósitos.

Para lograr una mayor eficiencia de caldera, se puede utilizar un

combustible que contenga mayor cantidad energética, para reducir las

pérdidas por purga. Se debe procurar que la combustión sea completa, ya

que de otra forma se está perdiendo energía que se podría utilizar para el

calentamiento de agua en caldera.

PROCEDIMIENTO.

MATERIAL Y EQUIPO:

Caldera de vapor

Bomba de agua

Tanque de gas

Báscula

Cronometro

Instalación para el tanque de gas

Tanque de gas LP

SUSTANCIAS O CORRIENTES DE PROCESO

Agua

Jabón

Gas LP (Domestico)

SERVICIOS AUXILIARES

Energía eléctrica

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

1. Verificar que el sistema de energía tenga la corriente necesaria para

operar la caldera.

2. Revisar que el tanque de alimentación tenga el nivel de agua

adecuado.

3. Checar que el tanque de gas tenga buen nivel. Pesarlo en la báscula.

4. Conectar el tanque de gas a la alimentación de la caldera, verificar

que no haya fugas.

5. Accionar el interruptor de la bomba de agua para que la columna

de agua obtenga un nivel del 70%. Verificar que no haya cavitación.

6. Realizar el precalentamiento de la caldera en intervalos de 15

minutos distribuidos por 45 minutos, como de la siguiente forma:

MINUTOS POR CADA MINUTO ( 60 seg)

Presionar el botón

de activado por:

Apagar por:

0 min – 15 min 15 seg. 45 seg.

15 min – 30 min. 30 seg. 30 seg.

30 min – 45 min. 45 seg. 15 seg.

Min. Totales = 45 min.

DEJAR ENCENDIDA.

7. Esperar hasta que la caldera genere vapor a una presión de 1.5

Kg/cm2.

8. Realizar un barrido a la línea de vapor (previa observación de la línea

de vapor).

9. Esperar hasta que la caldera genere vapor a una presión de 2 Kg/cm2,

posterior a esto, realizar una purga. (a manera de simulación para

saber qué hacer en caso de generar un exceso de vapor).

10. Volver a generar vapor a una presión de 1.5 Kg/cm2, hacer circular el

vapor al equipo que necesite operar con este.

11. Una vez que el equipo que necesite vapor termine de operar,

proceder a apagar la caldera en intervalos de tiempo de 15 minutos,

de la siguiente forma:

MINUTOS POR CADA MINUTO ( 60 seg)

Presionar el botón

de activado por:

Apagar por:

0 min – 15 min 45 seg. 15 seg.

15 min – 30 min. 30 seg. 30 seg.

30 min – 45 min. 15 seg. 45 seg.

Min. Totales = 45 min.

DEJAR APAGADA.

Problema caldera

Se quiere conocer la cantidad de vapor producida por una caldera con

los siguientes datos:

P=1.5 Psia

Alimentación de combustible=11kg gas LP

Peso molecular butano=58g/mol

ΔH=49 GJ/ton

Eficiencia = 40%

46𝐺𝐽

𝑇𝑜𝑛∗ |

11

1000| = 0.539𝐺𝐽

𝑄 = 𝜔𝜆𝑤 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 λw=531.81

𝜔 =0.539𝑥103𝐾𝑗

531.81𝑘𝑐𝑎𝑙𝑘𝑔

∗ |4.18𝐾𝑗1 𝑘𝑐𝑎𝑙

|= 242.46𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

242.46Kg *0.4 = 96.98kg vapor reales

OBSERVACIONES.

En el desarrollo de la práctica se obtuvo vapor a una presión de 1.5 kg/ cm2

consumiéndose 5.5 kg de gas en el transcurso aproximado de una hora y

media.

En el transcurso de la operación no se mantuvo una presión constante,

además se observó que las condiciones del equipo generaban perdida en

la calidad del vapor obtenido.

CONCLUSIONES.

En esta práctica se propuso comprender el funcionamiento y la importancia

de la aplicación de calderas, llevándolo acabo de en el laboratorio y así

mismo la importancia de la generar vapor, el cual contribuye al arranque

de otros equipos que utilizan este vapor.

Por ende como operar una caldera debe ser fundamental para un ingeniero

químico, en esta práctica aprendimos a como apagar una caldera el cual

es el mismo método que el encendido pero a la inversa, sin embargo la

caldera a usar era de un modelo antiguo pues todo su funcionamiento era

manual y las calderas modernas ya son automatizadas.

Hay que tener en cuenta que en la mayoría de los casos habrá una pérdida

de calor pues las tuberías no tienen el suficiente recubrimiento o se tienen

fugas en algunas partes por ello hay que estar pendiente de la presión que

se pueda tener tanto en la caldera como en las tuberías.

Es de suma importancia que se tenga también un buen nivel de agua pues

si este baja demasiado se puede provocar daños a la caldera por falta de

este suministro, otro aspecto seria el verificar que el combustible usado no

tenga fugas o se esté congelando pues si este se congela también tendrá

graves repercusiones en el funcionamiento de la caldera.

Tomando todos esos puntos en cuenta la operación de una caldera es

bastante sencillo pero es un proceso bastante largo en el cual hay que estar

pendientes de que tanto su prendido y apagado se hayan hecho de forma

correcta para así tener una presión de vapor de la mejor calidad posible.