Informe Final Generacion de Vapor2
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INDICE I. INTRODUCCION.............................................3 II. FUNDAMENTO TEORICO.......................................4 A. GENERADOR DE VAPOR......................................4 B. CALDERAS............................................... 4 C. ANALISIS DE GASES......................................5 III. COMBUSTION DE GASES.....................................18 A. ANÁLISIS DE GASES DE COMBUSTIÓN.......................26 B. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO..........................27 C. CALCULOS Y RESULTADOS.................................29 D. OBSERVACIONES:........................................31 E. CONCLUSIONES:.........................................31 IV. ANEXO...................................................31 V. BIBLIOGRAFÍA............................................33
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INDICE
I. INTRODUCCION...............................................................................................3
II. FUNDAMENTO TEORICO................................................................................4
A. GENERADOR DE VAPOR.............................................................................4
B. CALDERAS....................................................................................................4
C. ANALISIS DE GASES....................................................................................5
III. COMBUSTION DE GASES.............................................................................18
A. ANÁLISIS DE GASES DE COMBUSTIÓN...................................................26
B. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO.......................................................27
C. CALCULOS Y RESULTADOS......................................................................29
D. OBSERVACIONES:......................................................................................31
E. CONCLUSIONES:........................................................................................31
IV. ANEXO............................................................................................................31
V. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................33
I. INTRODUCCION
El presente informe se enfoca al área de generación de vapor, específicamente a la
caldera; donde se describirán sus tipos, partes y la condición actual en que ésta se
encuentra, recordando que todo equipo debe proporcionar su materia de trabajo
aprovechando todos sus insumos de la mejor manera posible, para lograr esto se
mencionarán las principales características con la que cuenta el combustible
utilizado, donde las anteriores serán utilizadas como parámetros, luego se procederá
a la determinación de los índices que se utilizan para realizar su mantenimiento, ya
conocida la situación actual de la caldera, para el cálculo de la eficiencia y balance
térmico se utilizarán procedimientos para la combustión, con la finalidad de
determinar qué tanta energía absorbe la caldera de sus insumos y cómo ésta se
distribuye, sirviendo estos últimos como posibles estándares para ordenar su
mantenimiento.
GENERACIÓN DE VAPOR 2
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
A. GENERADOR DE VAPOR
Los Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor
de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones
en la industria.
Un generador de vapor es un conjunto o sistema de aparatos y equipos auxiliares
que se combinan para generar vapor.(caldera, economizador, sobrecalentador de
vapor, precalentador de aire, etc.)
B. CALDERA
Una caldera de vapor es un recipiente cerrado en el cual se genera vapor de
agua, utilizando el calor extraído de un combustible o por el uso de electricidad o
energía nuclear. Las calderas son generadores de vapor de alto rendimiento,
diseñados para quemar combustibles líquidos y gaseosos.
Una caldera es un dispositivo que está diseñado para generar vapor saturado.
Este vapor saturado se genera a través de una transferencia de energía (en
forma de calor) en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y
cambia de estado. La transferencia de calor se efectúa mediante un proceso de
combustión que ocurre en el interior de la caldera, elevando progresivamente su
presión y temperatura. La presión no puede aumentar de manera desmesurada,
ya que debe permanecer constante por lo que se controla mediante el escape de
gases de combustión, y la salida del vapor formado.
Debido a que la presión del vapor generado dentro de las calderas es muy
grande, estas están construidas con metales altamente resistentes a presiones
altas, como el acero laminado.
GENERACIÓN DE VAPOR 3
Imagen I: Vista esquemática de una Caldera Pirotubular.
El funcionamiento de estas calderas se podría describir de la siguiente manera.
Como primer punto el combustible se quema en un hogar, en donde se lleva a
cabo la transmisión de calor por radiación. De la quema del combustible se
obtienen gases resultantes los cuales se les hace circular a través de los tubos
que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de
calor por conducción y convección.
Los componentes fundamentales del dispositivo caldera, son:
Agua de alimentación: Es el agua de entrada que ingresa al sistema,
generalmente constituye agua de pozo o agua de red. Esta agua se
almacena en una cámara la cual se diseña de manera que el nivel del
agua sobrepase a los tubos o conductos que contienen los gases de
combustión. Esto se hace con el objetivo de que los gases de combustión
transfieran parte de su energía al agua de alimentación, y así se acelere
su conversión en vapor.
Agua de condensado: Es el agua que proviene del estanque
condensador y que representa la calidad del vapor.
GENERACIÓN DE VAPOR 4
Vapor seco: Vapor de óptimas condiciones. Se almacena en una cámara,
separado del agua en suspensión que aún no ha sufrido evaporación.
Vapor húmedo: Vapor con arrastre de espuma proveniente del agua de
alcalinidad elevada.
Condensador: Sistema que permite condensar el vapor formado por el
sistema.
Desaireador: Es el sistema que expulsa los gases de combustión a la
atmósfera.
Purga de fondo: Evacuación de lodos y concentrado en el fondo de la
caldera, por ejemplo: residuos sólidos provenientes de agua "dura".
Purga de superficie: Evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de
agua de la caldera.
CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE VAPOR DE LAS CALDERAS
La producción de un generador de vapor se da frecuentemente en kilogramos de
vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y
temperaturas posea diferentes cantidades de energía, aquel sistema no mide
exactamente la energía producida. La capacidad de una caldera de vapor se
expresa más concretamente en forma del calor total transmitido por las
superficies de caldeo en kcal por hora.
Por consiguiente, la producción de la caldera medida por el calor absorbido por el
agua y vapor será, en kilocalorías, donde:
Q = producción de la caldera.
ms = peso del vapor producido por la caldera (o bien recalentado), en (kg/hr).
h = entalpía de 1 kg de vapor a la presión y titulo o temperatura observados en
(kcal/kg).
hf = entalpía del liquido de 1 kg de agua de alimentación en las condiciones en
que dicha agua llega a la caldera (o economizador), en (kcal/kg).
GENERACIÓN DE VAPOR 5
Cuando el peso de vapor ms es la cantidad máxima que la caldera puede
producir por hora a la temperatura de trabajo especificada, la formula anterior da
la capacidad máxima. Pero si ms representa el peso de vapor que la caldera
puede producir con más eficiencia, la producción correspondiente se denomina
capacidad normal.
La potencia en HP de caldera, tal como fue establecida en 1889 por la ASME,
estaba basada en una máquina de vapor que empleaba 30 lb (13,62 kg) de vapor
por HP hora a una presión relativa de 4.9 kg/cm2 y con el agua de alimentación
de la caldera a 38,5 °C. Esto corresponde a la vaporización de 15,66 kg de agua
por hora 100 °C en vapor seco a 100 °C, la presión atmosférica normal (1,033
kg/cm2). en esta condición cada kg de vapor producido requiere la entalpía de
vaporización a la presión atmosférica normal la cual vale 543,4 kcal. Por
consiguiente la capacidad de una caldera podrá expresarse de la siguiente
forma:
En donde ms, h y hf tiene el mismo significado de la formula anterior. Aun que el
termino <<HP de caldera>> no se considera actualmente como una unidad
aceptable de capacidad de caldera, el hecho de haberse empleado durante
muchos años exigen que el técnico conozca su significado y limitaciones.
COMPORTAMIENTO DE LA CALDERA
El comportamiento de un generador de vapor puede expresarse en función de los
kg de vapor producido, velocidad de combustión, transmisión de calor kcal por
m2 de superficie de caldeo y por hora, temperatura de los gases de la chimenea,
porcentaje de CO2 en dichos gases, combustibles sin quemar contenido de las
cenizas y escorias, porcentaje de la potencia nominal de la caldera desarrollo y
rendimiento global.
GENERACIÓN DE VAPOR 6
El rendimiento global de una caldera de vapor en condiciones de funcionamiento
cualesquiera es la relación entre el calor transmitido en la energía suministrada
en forma de combustible, es decir:
En donde:
eb = rendimiento del generador de vapor, en %, incluyendo caldera, recalentador,
hogar, camisas de agua, calentador de aire y economizador.
mf = peso total de combustible quemado por hora, en kg; m3 por hora tratándose
combustible gaseoso.
F = potencia calorífica superior de combustible quemado, en kcal por kg; kcal por
m3 tratándose de combustible gaseoso.
CLASIFICACION DE LAS CALDERAS DE VAPOR
Por la posición relativa de los gases calientes y el agua se clasifican en:
Acuotubulares: agua dentro de los tubos
Pirotubulares: gases dentro de los tubos
Por la posición de los tubos se clasifican en:
Verticales, horizontales e inclinados.
Por la forma de los tubos se clasifican en:
Tubos rectos y tubos curvados.
Por la naturaleza del servicio que prestan:
Fijas, portátiles, locomóviles y marinas
Según la presión de trabajo:
GENERACIÓN DE VAPOR 7
Baja presión : de 0 - 2.5 Kg./cm2
Media presión : de 2.5 - 10 Kg./cm2
Alta presión : de 10 - 220 Kg./cm2
Supercríticas: más de 220 Kg./cm2.
Según se generación:
De agua caliente
De vapor: -saturado (húmedo o seco)
recalentado.
Según la circulación de agua dentro de la caldera:
Circulación natural: el agua se mueve por efecto térmico
Circulación forzada: el agua se hace circular mediante bombas.
CALDERAS PIROTUBULARES
En estas calderas los humos pasan por dentro de los tubos cediendo su calor al agua que los rodea.
El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal,
incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor y una
cámara superior de formación y acumulación de vapor.
La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de
adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de
salida de humos.
En estas calderas los gases calientes pasan por el interior de los tubos, los cuales
se hayan rodeado de agua. Las calderas pirotubulares pequeñas, juntos con las
maquinas de vapor correspondiente, han sido desplazadas en su mayoría por los
motores de combustión interna en la producción de energía destinada al
accionamiento de hormigoneras, grúas portátiles y grupos para extinción de
incendios. Las calderas pirotubulares generalmente tienen un lugar integral
(dominado caja de fuego) limitado por superficies enfriadas por agua. En la
actualidad las calderas pirotubulares horizontales con hogar integral se utilizan en
instalaciones de calefacción a baja presión, y algunos tipos mas grandes para
GENERACIÓN DE VAPOR 8
producir vapor a presión relativamente baja destinado a calefacción y a producción
de energía.
FUNCIONAMIENTO
Funcionan mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse
un combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente metálico. En
toda caldera se distinguen dos zonas importantes:
Zona de liberación de calor o cámara de combustión: es el lugar donde se
quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente
metálico.
-Interior: la cámara de combustión se encuentra dentro del recipiente metálico o
rodeado de paredes refrigeradas por agua.
-Exterior: cámara de combustión constituida fuera del recipiente metálico. Está
parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua. La transferencia de calor
en esta zona se realiza principalmente por radiación (llama-agua).
Zona de tubos: es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos)
transfieren calor al agua principalmente por convección (gases-aguas). Esta
constituida por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.
Accesorios para el funcionamiento seguro
Las calderas deben poseer una serie de accesorios que permitan su utilización en
forma segura, los que son:
Accesorios de observación: dos indicadores de nivel de agua y uno o más
manómetros. En el caso de los manómetros estos deberán indicar con una
línea roja indeleble la presión máxima de la caldera.
Accesorios de seguridad: válvula de seguridad, sistema de alarma, sellos o
puertas de alivio de sobre presión en el hogar y tapón fusible (en algunos
casos). El sistema de alarma, acústica o visual, se debe activar cuando el
GENERACIÓN DE VAPOR 9
nivel de agua llegue al mínimo, y además deberá detener el sistema de
combustión.
Las calderas de vapor, básicamente constan de 2 partes principales:
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, 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 gran volumen, mediano y 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 H de agua por cada m2 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
GENERACIÓN DE VAPOR 10
debido a su reducida superficie producen poco vapor. Son muy peligrosas en caso
de explosión y poco económicas.
Por otro lado, la caldera 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:
Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en ella debe
separarse el vapor del agua que lleve una 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 entre el nivel del agua y la toma de vapor.
CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE CALDERAS PIROTUBULARES
Básicamente son recipientes metálicos, comúnmente de acero, de forma cilíndrica o
semicilíndrica, atravesados por grupos de tubos por cuyo interior circulan los gases
de combustión.
Por problemas de resistencia de materiales, su tamaño es limitado. Sus dimensiones
alcanzan a 5 mts de diámetro y 10 mts. de largo. Se construyen para Flujos
máximos de 20.000 Kg./h de vapor y sus presiones de trabajo no superan los 18
Kg./cm2.
Pueden producir agua caliente o vapor saturado. En el primer caso se les instala un
estanque de expansión que permite absorber las dilataciones de agua. En el caso de
vapor poseen un nivel de agua a 10 o 20 cm. sobre los tubos superiores.
Entre sus características se pueden mencionar:
-Sencillez de construcción.
-Facilidad de inspección, reparación y limpieza.
GENERACIÓN DE VAPOR 11
-Gran peso.
-Lenta puesta en marcha.
-Gran peligro en caso de explosión o ruptura debido al gran volumen de agua almacenada.
Imagen 2: caldera pirotubular
CALDERAS ACUOTUBULARES
El agua circula por dentro de los tubos, captando calor de los gases calientes
que pasan por el exterior. Permiten generar grandes cantidades de vapor
sobrecalentado a alta presión y alta temperatura, se usa en plantas térmicas
para generar potencia mediante turbinas.
Las calderas Acuotubulares (el agua está dentro de los tubos) eran usadas en
centrales eléctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor
diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor.
se emplean para aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para
que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un
GENERACIÓN DE VAPOR 12
ingreso natural del agua más fría por la parte más baja. (también existen de
forma horizontal)
La producción de vapor de estas calderas es de unos 1500 kg/hora cada una, a
una presión de régimen de 13 atm. absolutas y 300 °C de temperatura.
En las calderas acuotubulares, por el interior de los tubos pasa agua o vapor, y
los gases calientes se hallan en contacto con la superficie externa de aquellos en
contraste con el tipo pirotubulares descrito el párrafo 101. Las calderas
acuotubulares son las empleadas casi efusivamente cuando interesa obtener
elevadas presiones y rendimientos, debido a que los esfuerzos desarrollados en
los tubos por las altas presiones son de tracción de compresión, como ocurre en
los pirotubos la limpieza de las calderas acuotubulares se lleva acabo finalmente
por que las escamas o incrustaciones se quitan sin dificultad utilizando un
dispositivo limpia tubos movido con agua o aire. Los objetivos perseguidos a
construir una caldera cualquiera son: coste reducido, formas simples de los
tubos, compacidad, accesibilidad transmisión eficiente del calor, buena
circulación y elevada capacidad de conducción de vapor. Esta amplitud de miras
ha dado como resultado muchos diseños y modificaciones de la caldera
acuotubular, tales de tubos rectos, tubos curvos, de un solo cuerpo cilíndrico, de
varios cuerpos, longitudinal y de cuerpo transversal.
Las calderas de tubo recto tienen la ventaja de que todos los tubos principales
son iguales y solamente se necesita pocas especiales.
Tienen, en cambio, el conveniente de que los tubos rectos terminan en colectores
cuyas paredes deben estar a escuadra con línea central de los tubos.
Esta disposición es necesaria para que las juntas del vapor se puedan hacer
ensanchando los extremos de los tubos contra las paredes de los colectores.
El acceso de los tubos para fines de limpieza o reposición se consigue mediante
tapas desmontables en cada extremo de los mismos. Los orificios de los
colectores son generalmente elípticos para que las tapas mencionadas puedan
introducir entre ellos, que dando en posición normal por la presión del vapor
ejercida desde el interior de los colectores.
GENERACIÓN DE VAPOR 13
VENTAJAS
La Caldera de tubos de agua tiene la ventaja de poder trabajar a altas presiones
dependiendo del diseño hasta 350 psi.
Se fabrican en capacidades de 20 HP hasta 2,000 HP.
Por su fabricación de tubos de agua es una caldera "INEXPLOSIBLE".
La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de humo, ya
que se fabrican de 3, 4 y 6 pasos dependiendo de la capacidad.
El tiempo de arranque para producción de vapor a su presión de trabajo no
excede los 20 minutos.
Los equipos son fabricados con materiales que cumplen con los requerimientos
de normas.
Son equipos tipo paquete, con todos sus sistemas para su operación automática.
Son utilizados quemadores ecológicos para combustóleo, gas y diesel.
Sistemas de modulación automática para control de admisión aire-combustible a
presión.
El vapor que produce una caldera de tubos de agua es un vapor seco, por lo que
en los sistemas de transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento. El
vapor húmedo producido por una caldera de tubos de humo contiene un
porcentaje muy alto de agua, lo cual actúa en las paredes de los sistemas de
transmisión como aislante, aumentando el consumo de vapor hasta en un 20%.
CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LAS CALDERAS
ACUOTUBULARES
Se componen por uno o más cilindros que almacenan el agua y vapor (colectores)
unidos por tubos de pequeño diámetro por cuyo interior circula el agua.
GENERACIÓN DE VAPOR 14
Estas calderas son apropiadas cuando el requerimiento de vapor, en cantidad y
calidad son altos.
Se construyen para capacidades mayores a 5.000 Kg./h de vapor (5 ton/h) con
valores máximos en la actualidad de 2.000 ton/h. Permiten obtener vapor a
temperaturas del orden de 550º C y presiones de 200kg/cm2 o más.
Imagen 3: comparación de una caldera pirotubular y acuatubular
Partes principales que componen una caldera:
1.- HOGAR: Fogón o caja de fuego y corresponde a la parte en que se quema el
combustible. Se divide en puerta del hogar y cenicero
Las calderas pueden instalarse con Hogares para combustibles sólidos, líquidos o
gaseosos, todo dependerá del proyecto del equipo y de la selección del combustible
a utilizar.
2.- Emparrillado: tiene por objeto servir de sostén al lecho de combustible y permitir
el paso del aire para la combustión.
3.- Altar: Es un muro de ladrillo refractario que descanse en una estructura metálica
que va a continuación de la parrilla.
4.- Conductos de humo: es aquella parte de la caldera por donde circulan los
humos o los gases calientes que se han producido en la combustión.
GENERACIÓN DE VAPOR 15
5.- Cajas de humo: Corresponde al espacio de la caldera que desempeña la función
de caja colectora de los humos después de haber pasado por todos los conductos
antes de salir por la chimenea.
6.- Chimenea: sirve para dar la salida a los gases de la combustión, los cuales
deben ser evacuados a una altura suficiente para evitar perjuicios y molestias al
vecindario.
También para producir el tiro necesario para que la combustión se efectuara en
buenas condiciones y en modo continuo.
7.- Mampostería: Construcción de ladrillo refractarios y ladrillos comunes que tienen
como objeto cubrir la caldera para evitar desprendimiento de calor al exterior.
8.- Cámara de agua: Volumen de la caldera que está ocupada por el agua y tiene
como límite inferior un cierto nivel mínimo, del que no debe descender nunca el agua
durante su funcionamiento.
9.- Cámara de vapor: Es aquella parte de la caldera que queda sobre el nivel
superior del agua (volumen ocupado por el vapor considerando el nivel máximo
admisible de agua).
10.- Cámara de alimentación de agua: Es el espacio comprendido entre los niveles
máximos y mínimos del agua.
11.- Tapas de registro de inspección o lavado: tapas que tienen por objeto
permitir inspeccionar ocularmente el interior de las calderas o lavarlas si es
necesario para extraer, en forma mecánica o manual, los lodos que se hayan
acumulado y que no hayan salido por las purgas.
12.- Puertas de hombre: puertas cuya tamaño es suficiente para permitir el paso de
un hombre para inspeccionar interiormente una caldera y limpiarla si es necesario
(pueden tener una o más puertas de hombre según su tamaño y del equipo).
GENERACIÓN DE VAPOR 16
RIESGOS DE UNA CALDERA:
1.- Aumento súbito de la presión:
Esto sucede generalmente cuando se disminuye el consumo de vapor, o cuando se
descuida el operador y hay exceso de combustible en el hogar o cámara de
combustión.
2.-Descenso rápido de la presión:
Se debe al descuido del operador en la alimentación del fuego.
3.-Descenso excesivo del nivel de agua:
Es la falla más grave que se puede presentar. Si este nivel no ha descendido más
allá del límite permitido y visible , bastará con alimentar rápidamente, pero si el nivel
ha bajado demasiado y no es visible, en el tubo de nivel, deberá considerarse seca
la caldera y proceder a quitar el fuego, cerrar el consumo de vapor y dejarla enfriar
lentamente. Antes de encenderla nuevamente, se deberá inspeccionarla en forma
completa y detenida.
4.-Explosiones:
Las explosiones de las calderas son desastres de gravedad extrema, que casi
siempre ocasionan la muerte a cierto número de personas. La caldera se rasga, se
hace pedazos, para dar salida a una masa de agua y vapor; los fragmentos de la
caldera son arrojados a grandes distancias.
Estos accidentes desgraciadamente frecuentes, han sido atribuidos durante mucho
tiempo a causas excepcionales y fuerza del alcanza de la prevención, es decir, se
les ha considerado como caso de fuerza mayor.
El estudio de las causas de las explosiones he permitido determinar que estas se
deben a:
Construcción defectuosa
GENERACIÓN DE VAPOR 17
Falla de los accesorios de seguridad, válvula de seguridad que no habrán
oportunamente o no son capaces de evacuar todo vapor que la caldera
produce.
Negligencia, descuido o ignorancia del operador.
Mezcla explosiva en los conductos de humo.
Falta de agua en las calderas (la mas frecuente )
Incrustaciones masivas o desprendimiento de planchones.
Cuando el nivel de agua baja, deja al descubierto las planchas, que estando en
contacto con el calor de la combustión se recalientan al rojo. Al recalentarse estas
pierden gran parte de su resistencia, el vapor se produce en menor cantidad por la
disminución de la superficie de calefacción.
Las incrustaciones actúan como aislante dejando las planchas de la caldera
sometidas a calor y sin contacto con el agua. De esta manera se van recalentando y
perdiendo su resistencia hasta que no son capaces de resistir la presión y se
produce la explosión.
ACCESORIOS DE SEGURIDAD:
Válvula de seguridad:
Todas las calderas tienen una o más válvulas deben disponer de uno o más válvulas
de seguridad cuya finalidad es: dar salida al vapor de la caldera cuando se
sobrepasa la presión normal de trabajo, con lo cual se evitara presiones excesivas
en los generadores de vapor.
Tapón fusible:
Consiste en un tapón de bronce, con hilo para ser atornillado al caldero, y tienen un
orificio cónico en el centro, en el cual se rellena con una aleación metálica (plomo,
estaño), cuyo punto de fusión debe ser de 250 º C como máximo.
GENERACIÓN DE VAPOR 18
Alarmas:
Silbato de alarmas:
Accesorios de seguridad que funcionan cuando el nivel de agua en el interior de la
caldera ha descendido más allá del nivel normal. Consiste en un tubo metálico con el
extremo inferior abierto y sumergido al interior de la caldera, hasta el nivel mínimo
admisible.
REVISIONES Y PRUEBAS DE CONDICIONES DE SEGURIDAD
Para verificar las condiciones de seguridad de los generadores de vapor, éstos
deberán ser sometidos a las siguientes revisiones y pruebas:
a) Revisión interna y externa
b) Prueba hidráulica
c) Prueba con vapor
d) Prueba de acumulación
e) Pruebas especiales
Revisión interna y externa
Para estas revisiones el propietario o usuario de la caldera la preparará como sigue:
apagará sus fuegos, la dejará enfriar, la drenará, la abrirá y la limpiará
completamente incluso los conductos de humo.
Prueba hidráulica
La caldera se preparará para la prueba hidráulica en la siguiente forma:
Se interrumpirán las conexiones a la caldera por medio de bridas ciegas
(flanches ciegos) u otros medios que interrumpan en forma completa y segura
todas las conexiones de vapor y agua, y que resistan la presión hidráulica a
que se someterán.
GENERACIÓN DE VAPOR 19
Se limpiará la cámara de combustión y se abrirán y se limpiarán los
conductos de humo, de modo que la estructura metálica de la caldera sea
accesible por todos sus lados
Se retirarán las válvulas de seguridad y se colocarán tapones o flanches
ciegos. En ningún caso se permitirá el aumento de la carga en la palanca o un
aumento en la presión sobre el resorte de la válvula.
Se llenará la caldera con agua hasta expulsar todo el aire de su interior,
mediante un tubo de ventilación.
Durante la prueba hidráulica se aplicará la presión en forma lenta y progresiva
aumentándola uniformemente, sin exceder el valor fijado para la presión de
prueba que debe resistir.
Enseguida, se revisará la caldera para comprobar la existencia o ausencia de
filtraciones o deformaciones en sus planchas.
Se considerará que la caldera ha resistido la prueba hidráulica en forma
satisfactoria cuando no haya filtración ni deformación de las planchas.
Posteriormente se bajará la presión también en forma lenta y uniforme.
Prueba con vapor
Después de cada prueba hidráulica se realizará una prueba con vapor en la
cual la válvula de seguridad se regulará a una presión de abertura que no
exceda más de 6% sobre la presión máxima de trabajo de la caldera.
Prueba de acumulación
La prueba de acumulación se realizará con la caldera funcionando a su
máxima capacidad y con la válvula de consumo de vapor cerrada. En estas
condiciones la válvula de seguridad deberá ser capaz de evacuar la totalidad
del vapor sin sobrepasar en un 10% la presión máxima de trabajo del
generador de vapor.
Pruebas especiales
Sin perjuicio de las pruebas prescritas en los artículos anteriores la autoridad
sanitaria podrá solicitar que los generadores de vapor sean sometidos a
pruebas especiales no destructivas, con el objeto de determinar calidad de
GENERACIÓN DE VAPOR 20
planchas y soldaduras en calderas muy usadas o muy antiguas o en aquellas
en que se hayan producido deformaciones o recalentamiento.
CONOCIMIENTOS PARA LA SELECCIÓN DE UNA CALDERA
Entre los diversos datos debemos conocer:
La Potencia de la Caldera
El Tipo de Combustible que esta Necesita para Trabajar
La Demanda de Vapor que se Requiere, etc.
Capacidad de Consumo de la Empresa
Capacidad de la Caldera
Capacidad de Turbina / Generador
C.ANALSIS DE GASES
COMBUSTIBLES
Los combustibles más comúnmente usados son:
Combustibles sólidos:
Carbón de piedra
Carboncillo
Leña
Basuras o desperdicio domestico
Combustibles líquidos:
Petróleos
Kerosén
Alquitrán combustible
Combustibles gaseosos:
Gas licuado ( de petróleo)
Gas de alumbrado (de carbón).
GENERACIÓN DE VAPOR 21
PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN
Los elementos que constituyen los productos de la combustión básicamente son:
carbono, azufre, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno. La combinación de estos
elementos origina una gran variedad de compuestos producto de la combustión,
tales como anhídrido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de carbono,
vapor de agua, cenizas, anhídrido sulfuroso e hidrocarburos no quemados, que
forman los productos de la combustión.
El análisis de determinados productos de combustión se efectúa mediante el
Análisis de Gases, a partir del cual se determina la relación aire – combustible, y
consecuentemente el grado de efectividad en la combustión.
La determinación de la composición de la mezcla de gases de combustión se
efectúa con la ayuda de un Aparato Bacharach, el cual atraviesa la muestra a
través de una solución líquida que absorbe y remueven componentes
específicos. El volumen se mide antes y después del a absorción. La disminución
en el volumen, luego de la absorción, constituye el porcentaje de gas presente.
Imagen 4: combustión
Durante un proceso de combustión, la energía química del combustible es
transformada en energía molecular cinética o potencial de los productos. En virtud
de su alta temperatura, los productos pueden producir trabajo directa o
GENERACIÓN DE VAPOR 22
indirectamente, o actuar como almacenes de calor. Los combustibles pueden ser
sólidos, líquidos y gaseosos. Los elementos combustibles principales son el carbono
y el hidrógeno, aunque algunas contienen azufre en pequeñas por porciones. En la
actualidad, los combustibles fósiles constituyen la principal fuente de energía
primaria para la industria. Es por lo tanto, muy necesario examinar las energías
asociadas con los procesos de combustión.
Cuando los combustibles son quemados con una cantidad del aire superior de la
requerida para una combustión completa, los productos resultantes son monóxido de
carbono, dióxido de carbono, vapor de agua, dióxido de azufre, nitrógeno, oxígeno y
otros hidrocarburos.
La presencia de monóxido de carbono y otros hidrocarburos se explica por una
combustión incompleta causada por una inadecuada mezcla del aire y el
combustible, a pesar de que el oxígeno presente era mayor que el requerido
teóricamente.
Si la cantidad de aire es menor que la requerida, se obtiene con seguridad una
combustión incompleta. La cantidad óptima de aire a suministrar, para una
instalación particular se calcula mediante ensayos.
Imagen 5: Diagrama de combustión
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III. COMBUSTION DE GASES
D. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO
Encender y poner en operación el caldero.
Imagen III-1: Caldero.
Dejar funcionar el caldero un tiempo prudente para luego proceder a hacer el
análisis de gases, colocando el dispositivo de toma de muestras del analizador
BACHARACH.
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Imagen III-2: Tomando muestras de los gases de combustión en la chimenea del caldero.
Una vez colocado el dispositivo en la chimenea del caldero, procedemos a hacer
la lectura de datos.
Imagen III-3: Análisis de gases.
GENERACIÓN DE VAPOR 25
E.CALCULOS Y RESULTADOS
F.OBSERVACIONES:
Al tomar las lecturas de porcentaje de los gases de combustión el analizador
oscilaba en sus lecturas.
El analizador Bacharach nos da sus lecturas de porcentaje en base molar.
El analizador Bacharach nos da la lectura del CO en partes por millón, para las
ecuaciones anteriormente aplicadas hay que transformarla a porcentaje de
moles.
El porcentaje de moles de nitrógeno (N2) se determina por una diferencia entre el
100% y los demás gases (CO, CO2, O2).
GENERACIÓN DE VAPOR 26
Por medio del analizador también se puede saber la temperatura a la que los
gases de combustión son evacuados por la chimenea hacia la atmósfera.
G. CONCLUSIONES:
En la realización de este informe sobre “calderas y generadores de vapor”,
hemos tomado el conocimiento de cómo opera esta máquina/herramienta, sus
funciones, clasificaciones, objetivos; y además hemos tomado conciencia de la
responsabilidad que debe tener el operador frente a esta máquina/herramienta.
Hemos concluido, también, la importancia de un procedimiento de trabajo seguro
en los procesos industriales en la operación de calderas y generadores de vapor.
La elección de una caldera para un servicio determinado depende del
combustible de que se disponga tipo de servicio, capacidad de producción de
vapor requerida, duración probable de la instalación, y de otros factores de
carácter económico.
IV. ANEXO
CALDERA AUTOMÁTICA PIROTUBULARVENT Y CARACTERÍSTICASPrincipales caracteristicas:
Las calderas que presentamos pertenece a un concepto avanzado que
permite lograr una cámara de combustión presurizada, la inversión de la llama
sobre sí misma, logrando así un máximo rendimiento en las superficies
radiantes de la caldera.
Haz tubular que permite alcanzar un elevado coeficiente térmico y por lo tanto
economía de consumo.
GENERACIÓN DE VAPOR 27
Tapas de acceso puerta delantera giratoria y trasera desmontable. Quedando
de fácil la inspección, limpieza y reparación.
Se provee con todos sus accesorios incorporados, tales como: Quemador
totalmente automático, tablero eléctrico, termostatos, presosatos. Controles
de nivel de agua, válvulas de seguridad, cáncamos de izado. Listo para
funcionar una vez acoplados los conductos de agua, combustible, y conexión
eléctrica.
MEDIDAS DE PREVENCION
Procedimiento de trabajo seguro en la manipulación y operación de calderas:
1.-Los operadores de caldera solo podrán hacer abandono de la sala al término de
su turno. En caso de que alguno requiera ausentarse solo será con previo aviso y
autorización del jefe directo.
2.-Los operadores deberán tener una observación permanente del funcionamiento
de las calderas. Para ello deberán ubicarse en tal posición de no perder de vista los
controles y elementos de observación, tales como el nivel del agua y manómetro.
GENERACIÓN DE VAPOR 28
3.-Deberán ser controlados permanentemente los siguientes elementos:
Chequear y observar el funcionamiento de las bombas de alimentación de
agua
Revisar el funcionamiento de quemadores, y estar atentos a cualquier
anomalía
Observar presión indicada en los manómetros, teniendo presente que en
ningún momento debe sobrepasar la presión máxima de trabajo.
Chequear la temperatura de los gases de combustion, así como también la
temperatura del agua de alimentación.
Estar atento a cualquier ruido u olor extraño a los normales.
4.-Se le prohíbe estrictamente al operador dejar fuera de funcionamiento, bloquear o
deteriorar los sistemas de alarma y/o controles de nivel de agua de las calderas.
5.- Obligaciones del operador de turno:
Accionar válvulas de seguridad
Accionar gráficos de pruebas con el objeto de descartar los niveles de agua
falsos.
Purgar columna del control automático del agua.
Realizar análisis químico de alimentación y el agua de la caldera.
Mantener sala de calderas en perfectas condiciones de aseo y orden.
Dosificar productos químicos: anticrustante, neutralizante y secuestrador de
oxigeno.
6.- Eliminar cualquier ingreso de aire que no intervenga en la combustion y solo
contribuirá a diluir los contaminantes..
GENERACIÓN DE VAPOR 29
V. BIBLIOGRAFÍA
Jesse Seymour Doolilttle, “EL LABORATORIO DEL INGENIERO
MECÁNICO”, McGraw Hill.
Ing. Roberto Vignoni. “CALDERAS Y COMBUSTION”. Instrumentación y
ComunicacionesIndustriales
Instituto Politécnico Nacional ,”MEDICION Y CONTROL DE PROCESSO
INDUSTRIALES”. Villalobos Ordaz, Rico Romero.
Avallone, Eugene A. "Manual de Ingeniero Mecánico". Tomo 1 y 2. Novena
Edición. Mc Graw Hill. Mexico, 1996.
TESTO,Manual practico :Tecnología de medición en calderas
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