GENERADORES DE VAPOR - CALDERAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE MISIONES - FACULTAD DE INGENIERIA

Docente: Ing. Roberto R. Burtnik. Ayte de 1 Simple. Dto de Ing. Electromecnica.

CALDERA DEFINICION

Se denomina caldera a todo recipiente cerrado destinado a la produccin de vapor de agua a una presin mayor que la atmosfrica, absorbiendo PARTE del calor que se desarrolla en el hogar como resultado de la combustin de un combustible.

U Q hH2O WEje

Q Lat.

CLASIFICACION DE LOS GENERADORES DE VAPOR

CLASIFICACION POR SU APLICACION:

Domstico y/o hotelero.

Calderas Industrial para generacin de vapor para proceso.

Calderas para plantas termoelctricas.

Calderas de Recuperacin.

CLASIFICACION POR SU PRESION DE

TRABAJO:

Calderas de baja presin. Hasta 2 Kg/cm2.

Calderas de media presin. Hasta 10 Kg/cm2.

Caldera de alta presin. Hasta 100 Kg/cm2.

Caldera de muy alta presin. Superiores a los 100 Kg/cm2

CLASIFICACION DE LOS GENERADORES DE VAPOR

CLASIFICACION DE LOS GENERADORES DE VAPOR

CLASIFICACIN POR SU DISEO:

Calderas cilndricas de gran volumen de agua con hogar exterior o interior

Calderas con tubos de humos, Pirotubulares Humotubulares

Calderas con tubos de agua o Acuotubulares

Calderas con tubos de humo y agua, Acuohumotubulares, Hbridas, o Caldera con Antehogar.

PARTES DE UNA CALDERA ELEMENTAL

En lneas generales y

desde el punto de vista

estructural las calderas

constan de tres partes

principales:

1. El hogar.

2. El cuerpo o domo

3. El Circuito o conductos

por donde circulan los

gases de combustin.

Dentro del cuerpo o Domo podemos distinguir:

CAMARA DE AGUA: Es la parte de la caldera que durante su funcionamiento NORMAL contiene agua en forma lquida.

CAMARA DE VAPOR: Es el espacio que ocupa el vapor en la caldera durante su funcionamiento NORMAL.

VOLUMEN DE ALIMENTACION: Esta comprendida entre los planos mximo y mnimo del nivel del agua dentro de la caldera.

SUPERFICIE DE VAPORIZACION: Es la superficie o el plano que separa el espacio ocupado por el vapor y el ocupado por el agua.

CALDERAS CILNDRICAS DE GRAN VOLUMEN DE AGUA CON HOGAR EXTERIOR O INTERIOR

CALDERAS HUMOTUBULARES O PIROTUBULARES:

En esta, los gases calientes que provienen del hogar, circulan por el interior de tubos de pequeo dimetro, mientras que el agua lo hace por la parte externa de los mismos.

CIRCUITO DE GASES EN UNA CALDERA HUMOTUBULAR

Vapor a 150 oC

1600 oC

400 oC

350 oC

2 Paso (Tubos)

3er Paso (Tubos)

1er Paso (Hogar)

200 oC

CALDERA HUMOTUBULAR DE HOGAR EXTERIOR

CALDERA HUMOTUBULAR CON HOGAR INTERIOR, DOS PASOS

CALDERA HUMOTUBULAR, 2 PASOS, QUEMADOR A FO O GAS

CALDERA HUMOTUBULAR DE HOGAR INTERIOR Y LATERAL

CALDERA HUMOTUBULAR DE GRAN PORTE PARA COMBUSTIBLES LIQUIDOS

CALDERA HUMUTUBULAR DE PEQUEO PORTE

PARTES PRINCIPALES DE UNA CALDERA HUMOTUBULAR

Hogar

Tubo de Hogar

Placa Tubular

Delantera

Cmara de Vapor

Cmara de Agua

Cmara de

Humo

Placa Tubular Trasera

Cmara de

Inversin Cuerpo o Domo Ojal o Cncamo

COMPONENTES ESTRUCTURALES DE UNA CALDERA HUMOTUBULAR HOGAR TUBO DE FUEGO- PASOS DE HUMOS

TAPN FUSIBLE

PUERTAS DE INSPECCIN

PUERTAS DE INSPECCIN

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LAS CALDERAS HUMOTUBULARES

VIENEN COMPACTAS. (PAQUETE COMPLETO)

PRODUCEN VAPOR PARA PROCESO.

DISEADAS ESPECIALMENTE PARA QUEMAR COMBUSTIBLES LIQUIDOS O GASEOSOS.

GRAN VOLUMEN DE AGUA PERO DE REACCION LENTA.

PRESION LIMITADA. HASTA 20 Kg/cm2. Explicar

PRODUCCION LIMITADA. HASTA 15 tn/hr. Explicar, Calderas en Paralelo.

SU EXPLOSION TRAE CONSECUENCIAS GRAVES.

CALDERAS ACUOTUBULARES

Son aquellas en las cuales el agua circula por el interior de los tubos de pequeo dimetro y los gases de combustin lo hacen por la parte externa.

ESTAS TRABAJAN POR EL PRINCIPIO DE CIRCULACION.

CLASIFICACIN DE CALDERAS ACUTUBULARES

SEGN LOS TUBOS

TUBOS RECTOS

TUBOS CURVADOS

1, 2, 3, MAS DOMOS

TUBOS GRANDES 2 a 5

TUBOS PEQUEOS. < a 2

TUBOS MIXTOS Curvados y Rectos

SEGN LA DISPOSICION DE LOS TUBOS DISPOSICION EN A TIPO A.

DISPOSICION EN D TIPO D.

DISPOSICION EN O TIPO O.

SEGN SU CIRCULACION

CIRCULACIN NATURAL

CLASIFICACIN DE CALDERAS ACUTUBULARES

Vapor

Agua

El calor cedido por los gases

se transfiere al agua de la caldera

por conduccin, conveccin y

radiacin.

CIRCULACION FORZADA

PARTES PRINCIPALES DE UNA CALDERA ACUOTUBULAR

Puerta de Inspeccin

Tubos de Subida

Domo Superior

Tubos

de

Bajada

Hogar

Cenicero

Domo Inferior o

Calderin de Lodos

DOMO SUPERIOR ASPECTO INTERNO

Seccin transversal de un cuerpo

cilndrico en que se destacan las tuberas de aportacin del agua de alimentacin.

a) Tubos de Bajada

b) Tubos de salida

c) Toma de vapor

d) Salida de Vapor saturado seco

e) Separador ciclnico

f) Tamiz (Filtro).

DOMO SUPERIOR ASPECTO INTERNO

CALDERA ACUOTUBULAR

CALDERA ACUOTUBULAR DE POTENCIA

CENTRAL TERMICA

CALDERA ACUOTUBULAR DE 2 DOMOS CON

SOBRECALENTADOR

CARACTERISTICAS PRINCIPALE DE LAS CALDERAS ACUOTUBULARES

VENTAJAS

SU CONTRUCCION Y MONTAGE SE REALIZA DIRECTAMENTE EN EL LUGAR DE EMPLAZAMIENTO.

BAJO PESO, (25 a 50%) y OCUPAN MENOS ESPACIO CON RELACIN A LAS HUMOTUBULARES DE IGUAL POTENCIA.

PUEDE ADAPTARSE FACILMENTE A DISTINTOS TIPOS DE COMBUSTIBLES.

POSIBILIDAD DE GENERAR VAPOR SOBRE CALENTADO O VAPOR PARA PROCESO.

SUS PARTES SON DE FACIL ACCESO PARA LIMPIEZA EXTERNA Y/O REPARACION

LA ROTURA DE UN TUBO EN PRINCIPIO NO TRAE CONSECUENCIAS GRAVES.

SU DISEO PERMITE QUE CON SOBRECARGAS NO SE DAE LA UNIDAD.

A DIFERENCIA DE LAS HUMOTUBULARES

SE PUEDEN FABRICAR PARA ALTA PRODUCCION DE VAPOR

GENERACION DE VAPOR A MAYORES PRESIONES

LA LIMITACION ESTA DADA POR LA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES y CUESTIONES ECONOMICAS.

CARACTERISTICAS DE LAS CALDERAS ACUOTUBULARES

DESVENTAJAS

MAYOR COSTO DE INVERSION. MENORES A 100 BoHP, NO SE JUSTIFICAN.

LA PRESION Y LA TASA DE VAPORIZACION SON SENCIBLES A LA VARIACION EN LA COMBUSTION, ESTO IMPLICA INSTALAR CONTROLES DE PRESIN PRECISOS.

MAYOR GRADO DE TRATAMIENTO EN EL AGUA DE ALIMENTACION.

DIFICIL LIMPIEZA INTERNA.

CALDERAS HIBRIDAS O CON ANTEHOGAR

CALDERAS HIBRIDAS O CON ANTEHOGAR

CARACTERISTICAS PPALES DE LAS CALDERAS CON ANTEHOGAR

FUERON DISEADAS ESPECIALMENTE PARA UTILIZAR RESIDUOS BIOMASICOS COMO COMBUSTIBLES.

BUENA PRODUCCION DE VAPOR. HASTA 25 tn/hr.

GENERACION DE VAPOR PARA PROCESO E INCLUSO TAMBIEN PARA POTENCIA.

DEFINICIONES

VAPOR NORMAL

Es el peso de vapor que se obtiene vaporizando agua tomada a 0 C y a 1 Atm. de presin.

VAPORIZACION EQUIVALENTE NORMAL

. .

V .N . Vh del Vapor Generado a la Pr esin de la Caldera

M Mh del Vapor Normal

. .

V .N VM f M

DEFINICIONES

SUPERFICIE DE CALEFACCION: Se denomina superficie de calefaccin a todas aquellas partes metlicas que se encuentran: de un lado en contacto con el agua (o el vapor) y del otro lado reciben el calor. Se expresa en metros cuadrados (m2).

VAPORIZACION EQUIVALENTE PARA RGIMEN DESDE Y HASTA 100 C.

La superficie de calefaccin se divide en:

SUPERFICIE DE CALEFACCIN DIRECTA: es la parte de la caldera que por un lado est en contacto con el agua y por el otro lado recibe calor directamente de las llamas.

SUPERFICIE DE CALEFACCIN INDIRECTA: es la parte de la caldera que por un lado est en contacto con el agua y por el otro recibe calor que entregan los gases de combustin.

DEFINICIONES

PRODUCCION ESPECIFICA DE VAPOR

CARGA TERMICA DE LA SUPERFICIE DE CALEFACCION

.

V

Calef .

M Kg

S h m

2

.

VV H O

C 2

Calef .

h h M Kcalq

S h m

2

CAPACIDAD DE LAS CALDERAS

POR SU PRODUCCION HORARIA INDICANDO SU PRESION Y TEMPERARTURA DEL VAPOR Y DEL AGUA DE ALIMENTACION.

POR SU SUPERFICIE DE CALEFACCION

POR SU REGIMEN DESDE Y HASTA (100 C). O POR SU PRODUCCION NORMAL.

Y Por su BoHP DE CALDERA

HP DE CALDERA

El HP DE Caldera es una definicin terica y se define

como la produccin de 15.64 Kg/hr (34.5 Lb/hr) de vapor saturado desde 100C (212F) y a una presin de una

atmsfera, utilizando agua de alimentacin (en el tanque

de condensados) de la misma temperatura. Esto es igual

a la transmisin de calor de 8436.56 Kcal/hr 33,479

BTU/hora. (=9.81 kW).

Un HP caldera equivale 0.93 m2 de superficie de calefaccin. Esto es el calor que se transfiere al agua a travs de una superficie de calefaccin de 0.93 m2.

.

V H O VKcalh h M

hrHp de Caldera = HpKcal

Hp hr

2

8435

HP NOMINAL DE CALDERA Todas las calderas pequeas estn basadas en que

en 0.93m2 de superficie de calefaccin se desarrolla un HPcaldera. Segn lo anterior todas las calderas que tengan la misma superficie de calefaccin tienen la misma potencia nominal.

Cn= S/K

en donde:

Cn= capacidad nominal

S= Superficie de calefaccin (en m2 o pie2 )

K= 0.93 m2/H.Pcaldera o 10 pie2/H.Pcaldera

La potencia nominal no expresa las limitaciones de capacidad de las calderas de hoy da, ya que la mayora de las calderas de las centrales trmicas pueden desarrollar del 400 al 600% de su capacidad nominal.

Se llama por ciento de carga a la relacin entre el calor que se transmite por hora y el que se debera transmitir de acuerdo con su superficie de calefaccin a razn de 8435 kcal/h H.Pcaldera.

R=[ms(h hH2O)xK/8435x(S)]

Por ciento de carga de una caldera (R)

RENDIMIENTO DE UN GENERADOR DE VAPOR:

DISPONIBILIDAD:

INDICA EL TIEMPO QUE UNA CALDERA SE ENCUENTRA DISPONIBLE PARA SER UTILIZADA DURANTE UN PERIODO DEFINIDO ENTRE DOS INSPECCIONES CONCECUTIVAS.

HORAS EN UN AO = 8760 hr.

DEFINICIONES

FACTOR DE USO:

SE DEFINE COMO LA RELACIN ENTRE EL TIEMPO TOTAL EN HORAS EN QUE LA CALDERA REALMENTE PRESTO SERVICIO Y LA DISPONIBILIDAD.

T .SS

TF

T 100

DEFINICIONES

FACTOR DE PRODUCCION

Mv (real): ES EL PESO DEL VAPOR REALMENTE PRODUCIDO POR LA CALDERA ENTRE DOS INSPECCIONES CONCECUTIVAS O TIEMPO DISPONIBLE.

Mv: ES EL PESO DE VAPOR QUE HUBIESE GENERADO LA CALDERA SI HUBIESE TRABAJADO A SU MAXIMA CAPACIDAD.

.

V . Real

P .

V

MF

M

REGLAMENTACION PARA CALDERAS

Las calderas de una industria deben inscribirse inmediatamente y se debe llevar un libro de registro donde est el N de inscripcin y el diario de vida de la caldera.

Estn sometidas a controles peridicos. Por ejemplo: una prueba hidrulica, medicin de espesores, etc.

Si el agua que llega a la caldera contiene mas de 1 g/l de dureza debe revisarse cada 6 meses para ver las incrustaciones.

Los calderstas deben tener un certificado de competencia.

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION !!!