GENERADORES DE VAPOR

GENERADOR DE VAPOR:

Es un equipo trmico por una caldera o superficie de transferencia de calor y sus

accesorios, destinados a transformar un lquido en vapor, a temperatura y presin

diferente al de la atmsfera, a travs de un proceso isobrico, a travs un proceso de

contacto indirecto.

FUNCIONAMIENTO:

Funcionan mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un

combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente metlico. En toda

caldera se distinguen dos zonas importantes:

Zona de liberacin de calor o cmara de combustin: es el lugar donde se quema el

combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metlico.

Interior: la cmara de combustin se encuentra dentro del recipiente metlico

o rodeado de paredes refrigeradas por agua.

Exterior: cmara de combustin constituida fuera del recipiente metlico. Est

parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua. La transferencia de calor en

esta zona se realiza principalmente por radiacin (llama-agua).

Zona de tubos: es la zona donde los productos de la combustin (gases o humos)

transfieren calor al agua principalmente por conveccin (gases-aguas). Est constituida

por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

VARIABLES IMPORTANTES EN LOS GENERADIRES DE VAPOR:

Temperatura (C).

Presin (kgf/cm2).

Agua de alimentacin, vapor producido (ton/h).

Poder calorfico superior (kJ/kg).

Poder calorfico inferior (kJ/kg).

Capacidad calorfica (kJ/kgC).

Gases de Combustin.

Contenido de oxgeno (% en volumen).

Contenido de dixido de carbono (% en volumen).

Contenido de monxido de carbono (%).

PARTES PRINCIPALES DE UN GENERADOR DE VAPOR:

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

Cmara 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 fabricacin, 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 cmara de agua.

Segn la razn que existe entre la capacidad de la cmara de agua y la superficie de

calefaccin, se distinguen calderas de gran volumen, mediano y pequeo volumen de

agua.

Cmara 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 suspensin. Cuanto ms variable

sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cmara, de manera

que aumente tambin la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor.

CLASIFICACION:

Existen varias formas de clasificacin de calderas, entre las que se pueden sealar:

Segn la presin de trabajo:

Baja presin : de 0 - 2.5 Kg. /cm2.

Media presin : de 2.5 - 10 Kg. /cm2.

Alta presin : de 10 - 220 Kg. /cm2.

Supercrticas : ms de 220 Kg. /cm2.

Segn su generacin:

De agua caliente.

De vapor: - saturado (hmedo o seco).

Recalentado.

Segn la circulacin de agua dentro de la caldera:

Circulacin natural: el agua se mueve por efecto trmico.

Circulacin forzada: el agua se hace circular mediante bombas.

Segn la circulacin del agua y los gases calientes en la zona de tubos de las calderas.

Segn esto se tienen 2 tipos generales de calderas:

Pirotubulares o de tubos de humo: En estas calderas los humos pasan por dentro de

los tubos cediendo su calor a el agua que los rodea.

Acuotubulares o de tubos de agua: 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 presin y alta temperatura, se usa en

plantas trmicas para generar potencia mediante turbina.

1. CARACTERISTICAS DE LAS CALDERAS PIROTUBULARES:

Se denominan calderas pirotubulares por que los gases calientes procedentes de la

combustin de un combustible, circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta

baado por el agua de la caldera.

El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisin de calor por

radiacin, y los gases resultantes, se les hace circular a travs de los tubos que

constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de calor

por conduccin y conveccin. Segn sea una o varias las veces que los gases pasan a

travs del haz tubular, se tienen las calderas de uno o de varios pasos. En el caso de

calderas de varios pasos, en cada uno de ellos, los humos solo atraviesan un

determinado nmero de tubos, cosa que se logra mediante las denominadas cmaras

de humos. Una vez realizado el intercambio trmico, los humos son expulsados al

exterior a travs de la chimenea.

Figura N01: Esquema de un Caldero Pirotubular

Bsicamente son recipientes metlicos, comnmente de acero, de forma cilndrica o

semicilndrica, atravesados por grupos de tubos por cuyo interior circulan los gases de

combustin. Por problemas de resistencia de materiales, su tamao es limitado. Sus

dimensiones alcanzan a 5 m de dimetro y 10 m. de largo. Se construyen para flujos

mximos 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 expansin 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 caractersticas se pueden mencionar:

Sencillez de construccin.

Facilidad de inspeccin, reparacin y limpieza.

Gran peso.

Lenta puesta en marcha.

Gran peligro en caso de explosin o ruptura debido al gran volumen de

agua almacenada.

BHP (Boiler Hourse Power):

Es un parmetro de comparacin entre calderos; este valor terico est

referido a la capacidad de generar 15.65 Kg/hora de vapor saturado a 1

Kgf/cm y a 100 C, dentro de un caldero cuya superficie de transferencia de

calor es de 0.929 m. Si para esas condiciones el calor latente de vaporizacin

es hfg = 538.9 Kcal /Kg, entonces:

1 BHP = 538.9 Kcal /Kg * 15.65 Kg/hora de vapor = 8437 Kcal / hora de

vapor. Equivale a 9,81 kW.

EFICIENCIA

Permite determinar el grado de aprovechamiento del calor suministrado por el

combustible, y el calor til disponible aprovechado por el agua para

transformarse en vapor saturado. Para los calderos pirotubulares la mxima

eficiencia vara entre 85-87%. La ecuacin para determinar la eficiencia es la

siguiente:

Donde:

= Eficiencia Trmica del Generador de Vapor.

= Flujo msico de vapor generado

= Flujo msico de combustible

= Poder calorfico inferior del combustible.

= Entalpia en el estado de vapor saturado a la presin de operacin del

generador de vapor.

= Entalpia a condiciones de ingreso del agua en el generador de vapor.

INDICADOR DE PRODUCCION

Es un Parmetro que permite comparar el flujo de vapor generado por unidad

de combustible consumido.

(

)

FACTOR DE CARGA: Es un parmetro que permite comparar la capacidad de

produccin de vapor en BHP, con los BHP nominales del generador de vapor, y

permite conocer que tanto de lo mximo de calor que puede producir un

generador de vapor brinda.

Donde los BHP de operacin se obtienen segn la siguiente ecuacin:

PRINCIPALES COMPONENTES:

Los componentes de los sistemas de generacin de vapor se agrupan en

sistemas o circuitos, tenemos los siguientes:

Circuito del agua.

Circuito del combustible.

Circuito de arranque o encendido.

Circuito de control.

Circuito de seguridad.

Todos estos componentes actan de manera conjunta e integral para permitir

una operacin segura y confiable.

CIRCUITO DEL AGUA: El Agua de Calderos es un agua tratada qumicamente de

manera externa ye interna, tal que cumpla condiciones que permitan al gua

inhibir sus efectos corrosivos e incrustantes dentro de las tuberas de los

calderos.

El agua se encuentra turbia, con materias slidas en suspensin fina. Incluso

cuando est clara, el agua natural contiene soluciones de sales y cidos que

daan con rapidez el acero y los metales a base de cobre de los sistemas de

vapor.

Segn los elementos que la acompaan, podramos considerar las mismas en

dos grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos en Suspensin", esto

lo constituyen los minerales finamente divididos, como las arcillas y los restos

de organismos vegetales o animales; y la cantidad de sustancias suspendidas,

que son mayor en aguas turbulentas que en aguas quietas y de poco

movimiento.

Para esto es necesario previamente el ablandamiento del agua a travs de un

sistema de tratamiento qumico de agua con finalidad de reducirle la dureza al

agua. (En un ideal de 0 ppm).

Posteriormente el agua de calderos es dosificado con aditivos anti incrustantes

(para evitar la incrustacin externa de los tubos con sales de calcio y magnesio)

y con aditivos anticorrosivos (para inhibir el efecto del oxigeno disuelto en el

agua sobre las tuberas de metal)

Figura N 02: Circuito de Agua de Calderas

Tanque Desareador

Unidad de Dosificacin

Unidad de Ablandamiento Bomba de Agua

Agua

tratada

HACIA EL

CALDERO

CIRCUITO DEL COMBUSTIBLE: El combustible por naturaleza dentro de las

unidades de generacin de vapor es el Petrleo R-500, el cual como fluido de

alta viscosidad necesita un tratamiento adecuado para su ptima atomizacin.

Es precalentado hasta 45C y luego es transvasado aun tanque diario de

combustible, el cual tambin es precalentado con vapor saturado a baja

presin, posteriormente se impulsa a travs de bombas de desplazamiento

positivo o de lbulos hacia el quemador. El pre calentador generalmente tiene

un radiador trmico y una resistencia elctrica actuando alternadamente.

Figura N 03: Calentadores de Petrleo R500

CIRCUITO DE ARRANQUE: El arranque de un caldero pirotubular est ligado a

la adecuada modulacin del aire de la combustin y el ingreso del petrleo

necesario para una adecuada eficiencia de la caldera.

El encendido primario se realiza generalmente con el ingreso de gas propano el

cual por contacto con un arco elctrico originado por un electrodo origina una

llama primaria, la cual es detectada por una fotocelda la cual apertura el

ingreso de petrleo originndose el encendido de la llama secundaria o de

trabajo.

CIRCUITO DE CONTROL : El control de la operacin en los generadores de vapor

es muy importante , generalmente estos sistemas estn automatizados bajo el

gobierno de un programador electrnico el cual controla la operacin de

generacin de vapor regulando el ingreso al combustible y su sincronismo con

el aire de la combustin , as como est ligado al los sistemas de control.

Figura N 04: Programador Electrnico Serie RM7800L

CIRCUITO DE SEGURIDAD: Los generadores de vapor pirotubular por su

naturaleza de operacin necesitan un adecuado sistema de seguridad y control

de sus parmetros de operacin, como el control del nivel de agua, control de

la presin de operacin, a travs de vlvulas de seguridad y presostatos.

Figura N05: Sistema de Seguridad de Calderos Pirotubulares

Practica N02: Calculo de una Caldera Pirotubular

Un generador de vapor Pirotubular DISTRAL de 800 BHP de Placa Nominal, el

cual est diseado para quemar petrleo R500 de 9800 Kcal/kg como poder

calorfico, adems su presin nominal de operacin es de 12 Bar y tiene una

eficiencia de diseo de 85%. Calcular:

-Flujo msico nominal de vapor generado, si se genera vapor saturado desde

una temperatura de 90 C.

-Flujo msico nominal de combustible.

-Si el caldero opera con una eficiencia real del 81% y tan solo consume el 80%

de su combustible (nominal) , operando a 8 Bar de presin, determinar el flujo

de vapor generado.

-Determinar el Factor de Carga.

Determinar el Indicador de Produccin Nominal y Real. (cuantificar el % de

diferencia).

2. CARACTERISTICAS DE LAS CALDERAS ACUOTUBULARES:

Son calderos en las cuales el vapor o agua pasa a travs de su banco de tubos, y el

calor es aplicado en la superficie exterior de estos, los tubos son generalmente

conectados con dos o ms tambores en paralelo y son usualmente horizontales. Este

tipo de equipos se caracteriza por lo siguiente:

Producen vapor sobrecalentado para el accionamiento de generadores elctricos en

la produccin de energa elctrica u otra mquina como un compresor para

producir energa mecnica al eje.

Son de alta presin llegando a calderos supercrticos, a presiones de 218 Bar y hasta

temperaturas de 560 C.

Son de gran tamao y de poco uso industrial, salvo en el caso de las empresas de

fabricacin de azcar y del cemento.

Son automticas y de fciles de operar.

Su diseo es complejo debido a la gran cantidad de superficies de transferencia de

calor que la conforman.

Pueden operar con combustibles lquidos, gaseosos y solidos como el carbn.

Figura N 06: Corte de un caldero Acuotubular

2.1 BALANCE TERMICO O DE ENERGIA:

La eficiencia de una caldera, dicho de manera simple, corresponde a la

razn entre el calor absorbido (por el agua, vapor, fluido trmico, etc.) y el

calor liberado en el equipo. La diferencia entre el calor liberado y el calor

absorbido corresponder a las prdidas de calor de la caldera.

Una gran mayora o prcticamente la totalidad de las plantas que poseen

calderas no tienen claridad de la importancia que tiene, en la reduccin de

los costos operacionales (ahorro de combustible), la operacin de los

generadores de vapor, fluido trmico o agua caliente en condiciones de

mxima eficiencia.

A. METODO DIRECTO:

Conocido como el Mtodo de Entrada - Salida de la caldera debido al

hecho que esto necesita slo la salida til (el vapor) y la entrada o

suministro de calor a travs de una fuente de energa primaria (p. ej. el

combustible) para evaluar la eficiencia. Refleja la influencia de la variacin

del estado de operacin de la caldera incluyendo los arranques y paradas

del quemador as como las purgas de la caldera.

Como su nombre lo indica consiste bsicamente en medir directamente los

flujos de ingreso y salida de calor del sistema, obteniendo directamente los

valores de Qu y Qs.

Exige la disponibilidad de instrumentos de medicin adecuados, para el

caso del aire registrar el volumen, presin, temperatura y composicin y

para el caso del combustible, la presin y cantidad de vapor producido.

Esta eficacia puede ser evaluada usando la frmula:

Dnde:

=Flujo de vapor generado por hora,

=Variacin de entalpa de vapor.

=Flujo msico del combustible,

Pci : Poder calorfico inferior.

B. METODO INDIRECTO:

Llamada tambin como el mtodo de las prdidas de calor. Las

desventajas del mtodo directo pueden ser vencidas por este mtodo, que

calcula varias prdidas de calor asociadas con la caldera. La eficiencia

puede ser llegada, restando las fracciones de prdida de calor de 100. Una

ventaja importante de este mtodo consiste en que los errores en la

medida no hacen el cambio significativo de la eficiencia.

As si la eficiencia de caldera es el 90%, un error del 1 % en el mtodo

directo causar el cambio significativo de la eficiencia. Es decir:

90% 0.9 = 89.1 % a 90.9 %.

En el mtodo indirecto, el error del en la medida de prdidas causar:

Eficiencia = 100-(100.1) = 89.9 a 90.1 %.

La aplicacin de este mtodo se basa sobre todo en el anlisis de gases de

chimenea, y no requiere la medicin del vapor generado.

Varias prdidas de calor que ocurren en la caldera son:

Dnde:

Son las siguientes:

a. Prdida por la entalpa de los gases de escape secos, P1

Es la prdida porcentual de calor debida a la entalpa en los gases de

escape, en base seca, se calcula mediante:

P1 = k*{(Tg - Ta) / [CO2]}

Dnde:

Tg = Temperatura de los gases de la combustin.

Ta = Temperatura del medio ambiente.

[CO2] = % de Dixido de Carbono en los gases de la combustin.

K = Es la constante de Siegert para el Combustible.

Cuadro N1: Propiedades de los Combustibles

TIPO CTE DE SIEGERT (K) CO2 MAX % CONSTANTE (K1)

RESIDUALES 0.53 15.8 54

DESTILADOS 0.48 15.5 53

GLP 0.4 13.8 48

GAS NATUR 0.35 11.9 40

Fuente: NTP 350.300.2008

b. Prdida por la entalpa del vapor de agua en los gases, P2

La prdida porcentual de calor debida a la entalpa del vapor de agua en

los gases de escape, se calcula mediante:

P2 = {([H2O] + 9*[H])*(2488 4,2*Ta + 2,1*Tg)} / PCS

Dnde:

Tg = Temperatura de los gases de la combustin.

Ta = Temperatura del medio ambiente.

[H2O] = % de Agua en los gases de la combustin.

[H] = % de Hidrogeno en los gases de la combustin.

PCS = Poder calorfico Superior del Combustible.

c. Perdida por inquemados gaseosos, P3.

La prdida porcentual de calor bebido a los inquemados gaseosos, se

calcula mediante:

P3 = k1*{[CO] / ([CO2] + [CO])}

Dnde:

[CO] = % de Monxido de Carbono en los gases de la combustin.

K1 = Es la constante de Inquemados del Combustible. (Ver Cuadro N 1)

d. Prdida por inquemados slidos, P4.

La prdida porcentual de calor bebida a los inquemados slidos, se

calcula mediante:

P4 = 0.4*B2 + 0.8*B + 0.07

Dnde:

B = ndice de Bacharach, mediante el cual se evala la opacidad de los

gases de la combustin.

Tabla N2: ndice de Bacharach

INDICE DE BACHARACH CALIFICACION EFECTOS

1 EXCELENTE NO HAY HOLLIN

2 BUENA HOLLIN MUY REDUCIDO

3 REGULAR CIERTA CANT. DE HOLLIN

Fuente: NTP 350.300.2008

e. Prdida por conveccin, P5

La prdida porcentual de calor debida a la conveccin, se obtiene

sumando las prdidas porcentuales por conveccin para cada tipo de

superficie exterior, mediante:

P5 = 80*(Qp5 / Wc)

Dnde:

Qp5 = hcf*Af*(Tsf Ta) + hcg*Ag*(Tsg Ta)

hef = 1.973*10-3*(Tsf Ta)

0,25*(2.857*v+1)0.5

hcg = 1.973*10-3*(Tsg Ta)

0,25*(2.857*v+1)0.5

Wc = 9.81*BHP

Dnde:

Tsf = Temperatura exterior de la caldera, lado del fluido (se asume la

temperatura exterior del tambor o cilindro del caldero). En grado K.

Tsg = Temperatura exterior de la caldera, lado de los gases (se asume la

temperatura exterior de la chimenea). En grados K.

Af = Superficie exterior que cubre al fluido (se asume la superficie

exterior del caldero) en m2.

Ag = Superficie exterior que cubre los gases de la combustin (se

asume la superficie exterior de la chimenea) en m2.

v = Es la velocidad del viento (m/sg) que fluye por la parte exterior al

caldero.

4 POBRE HOLLIN VISIBLE

5 MUY POBRE HOLLIN MUY VISIBLE

6 a 9 POBRISIMA HOLLIN MUY MUY VISIBLE

f. Prdida por radiacin, P6

La prdida porcentual de calor debida a la radiacin, se obtiene

sumando las prdidas porcentuales por radiacin para cada tipo de

superficie exterior, mediante:

P6 = 80*(Qp6 / Wc )

Donde:

Qp6 = (qrf*Af) + (qrg*Ag)

qrf = 5.763*10-11*e*[(Tsf + 273)

4 (Ta + 273)4]

qrg = 5.763*10-11*e*[(Tsg + 273)

4 (Ta + 273)4]

wc = 9,81*BHP

Dnde:

Tsf = Temperatura exterior de la caldera, lado del fluido (se asume la

temperatura exterior del tambor o cilindro del caldero). En grado K.

Tsg = Temperatura exterior de la caldera, lado de los gases (se asume la

temperatura exterior de la chimenea).En grados K.

Af = Superficie exterior que cubre al fluido (se asume la superficie

exterior del caldero) en m2.

Ag = Superficie exterior que cubre los gases de la combustin (se

asume la superficie exterior de la chimenea) en m2.

e = Emisividad del material que cubre al caldero.

Figura N7 Balance de Energa Mtodo Indirecto

Fuente: Manual de calderos Guevara Chinchayan

2.1 CRITERIOS PARA EFICIENCIA ENERGETICA EN CALDEROS:

EXCESO DE AIRE:

La energa qumica que contiene un combustible es liberada en el hogar en

forma de calor mediante la reaccin de combustin. En general, se puede

afirmar que cualquier tipo de combustible est compuesto principalmente

por carbono (C), hidrgeno (H), oxgeno (O), azufre (S), nitrgeno (N).

Por lo tanto, para poder realizar la combustin se necesita un suministro

continuo de oxgeno. La cantidad de oxgeno vendr determinada por la

naturaleza del combustible y por el caudal que se inyecte en el hogar.

Como el oxgeno puro es econmicamente muy caro, se utiliza aire como

proveedor de oxgeno (el aire est compuesto bsicamente por oxgeno y

nitrgeno en proporciones de 22 y 78% respectivamente), decir que se est

CALDERO ACUOTUBULAR AIRE +

COMBUSTIBLE

AGUA

VAPOR

GASES CALIENTES

1. Perdidas de calor por temperatura de gases de la combustin. 2. Perdidas de calor por inquemados slidos. 3. Perdidas de calor por inquemados gaseosos. 4. Perdida de calor por humedad en el combustible

5. Perdidas de calor por conveccin. 6. Perdidas de calor por radiacin.

7. Prdidas de calor por purgas

estudiando la viabilidad de realizar la combustin con oxgeno puro,

proceso que recibe el nombre de Oxicombustin y que evitara la formacin

de NOx.

Conociendo la composicin del combustible y la cantidad inyectada en

cada momento en el hogar a travs de los quemadores, se puede calcular

la cantidad exacta de aire que se necesita incorporar al hogar para realizar

la combustin con xito. Este aire se denomina aire terico. En la realidad,

no es suficiente con aportar el aire terico que necesita el proceso para

realizar la combustin, ya que debido a la imperfecta reaccin del aire con

el combustible se produciran prdidas por inquemados elevadas.

Para evitar este inconveniente, se suministra ms aire del necesario para

conseguir eliminar prcticamente los inquemados. El porcentaje de aire que

se aade por encima del terico se llama exceso de aire. Se podra pensar

que cuanto mayor fuera el caudal de aire en exceso que se suministra a la

caldera mejor ser el rendimiento al disminuir los inquemados, sin

embargo, no es cierto ya que si el exceso de aire introducido es demasiado

alto lo que se consigue es calentar intilmente una gran cantidad de aire

con lo que baja la temperatura del hogar al tiempo que las prdidas de

calor por la chimenea aumentan.

Por esta razn se debe trabajar con un exceso de aire lo ms ajustado

posible. Los inquemados, adems de no aportar calor al hogar pueden en

algunos casos, segn sea su naturaleza, depositarse junto con las cenizas

en las paredes del hogar perjudicando la transmisin de calor, por lo que

los gases saldrn ms calientes por la chimenea y el rendimiento de la

caldera se ver doblemente perjudicado.

Es conveniente aclarar que el exceso de aire no garantiza una buena

combustin, es necesario adems que:

La temperatura del hogar sea superior que la temperatura de ignicin del

combustible. La temperatura de ignicin de un combustible es funcin de su

naturaleza.

Se consiga una dispersin del combustible uniforme para favorecer el

encuentro de ste con el aire. Es, por tanto, necesario pulverizar el carbn

antes de introducirlo en el hogar.

Se establezca una turbulencia de la mezcla combustible-comburente.

Esto se hace para evitar que los gases producto de la combustin (que son

inertes) no entorpezcan la progresin de la reaccin y el combustible que

queda por quemar encuentre el oxgeno necesario.

La llama sea estable. Una llama inestable adems de entorpecer la

combustin provoca inestabilidades en el tiro del hogar y en la presin del

vapor producido.

La temperatura del aire de combustin sea lo ms elevada posible.

Cuanto mayor sea la temperatura del aire ms fcil ser la combustin y

mejor el rendimiento de la caldera. Esto se consigue calentando el aire

de admisin a caldera mediante los precalentadores de aire.

El tiempo de permanencia del combustible en el hogar sea adecuado. El

volumen del hogar debe ser diseado cuidadosamente para conseguir que

todo el combustible se queme en el interior de ste.

Figura N 8: Influencia del exeso de aire en el ahorro de petrleo

b. TEMPERATURA DE GASES DE LA COMBUSTION:

La prdida de calor asociada a los productos (gases) de la combustin (en

chimenea) representa un alrededor de un 18 % para el caso de las

calderas que utilizan gas y 12 % para el caso de las calderas que utilizan

carbn y petrleo.

En el grfico 9 se observa la relacin entre la eficiencia y la temperatura de

los productos de la combustin en la chimenea para el caso del gas

natural y el petrleo residual.

El exceso de aire considerado en la confeccin de este grfico, fue de 50 %

y 5 % para petrleo residual y gas natural respectivamente.

Figura N 9: Eficiencia vs Temperatura de gases de chimenea

En este grfico queda de manifiesto como un aumento en la temperatura

en los productos de la combustin puede provocar una significativa

reduccin de la eficiencia de las calderas.

c. PURGAS CONTINUAS:

Los slidos en suspensin tambin pueden causar problemas ya que se

depositan en el fondo de la caldera. Si no se controlan, eventualmente se

acumularan hasta un nivel peligroso. Todas las calderas de vapor

incorporan una salida en el punto ms bajo para eliminar peridicamente

los slidos precipitados, conocida como purga de fondo.

Se requiere una descarga breve y sbita para una eliminacin eficiente,

que se consigue abriendo una vlvula de gran paso que elimina grandes

cantidades de agua de caldera.

d. CALENTAMIENTO DEL AIRE DE COMBUSTION

El precalentamiento del aire requerido para la combustin es utilizado

principalmente en calderas que utilizan combustibles slidos (carbn.

madera, biomasa, etc.), ya que, una mayor temperatura del aire de la

combustin permite obtener una combustin ms completa.

En el grfico siguiente se observa el importante aumento de eficiencia

conseguido, para el caso de la utilizacin de desechos de madera, al

precalentar el aire requerido para la combustin.

Al calentar el aire para la combustin hasta 260 C es posible lograr

incrementos en la eficiencia del orden de un 15 %.

Para el caso de las calderas que utilizan combustibles lquidos y gaseosos

es posible instalar un sistema de precalentamiento del aire.

Figura N 10: Eficiencia vs Temperatura del aire de combustin

e. AISLAMIENTO TERMICO:

Definir el espesor de aislante en una determinada instalacin puede ser

funcin de varios criterios tcnicos. A continuacin se irn definiendo los

mismos e indicando la forma de estimar el espesor de aislamiento o

refractarios. En todos los casos el procedimiento suele ser iterativo, ya que

los coeficientes de conveccin, y el de radiacin dependen en general de la

temperatura de las superficies (exterior e interior) y stas a su vez

dependen del flujo de calor transferido que es funcin del espesor

utilizado. Finalmente, en el caso de tuberas el coeficiente de conveccin

puede depender del dimetro exterior de la tubera, y ste a su vez

depende del espesor de aislamiento.

Figura N 11: Perdidas de calor en tuberas desnudas

f. RECONVERSION TECNOLOGICA DE COMBUSTIBLES:

Est relacionado al cambio de combustibles dentro de un sistema trmico

con la finalidad de mejorar las condiciones de combustin, pero sobre todo

llevado por los precios comparados entre dos combustibles, optndose por

el de menor precio.

Bibliografa: - CADEM 1994 , Hornos, Quemadores y Generadores de Vapor. - Mg. Guevara Chinchayan, Manual de Calderas de Vapor. - Cabello Suazo, Mejora de la eficiencia energtica mediante el anlisis del

balance trmico de la caldera acuotubular de la empresa siderperu.

Practica N03: Anlisis de la Influencia del exceso de aire y precalentamiento de aire

y combustible en Calderas.

RELACION AIRE COMBUSTIBLE: EXCESOS DE AIRE OPTIMOS GASES: 20-15 % LIQUIDOS: 25-30% ES NECESARIO INCREMENTAR LA EFICIENCIA DE LA COMBUSTION? -Ahorro de Energa Primaria. -Ahorro de Dinero. -Disminucin de la emisin de gases Invernadero, COMO INCREMENTAR LA TEMPERATURA DE LLAMA ADIABATICA? DEBEMOS PREGUNTAR DE QUE DEPENDE? Temperatura del combustible y el aire comburente. Exceso de Aire. Caractersticas constructivas del quemador. Mantenimiento del quemador y de la cmara de combustin. Grado de aislamiento del equipo de combustin. Cmo VARIARA LA TEMPERATURA DE LLAMA ADIABATICA SI? CASO 1 CUANDO SE PRECALENTA EL AIRE COMBUSTIBLE (temperatura ambiente)+ AIRE (Temperatura ambiente) COMBUSTIBLE PRECALENTADO + AIRE (Temperatura ambiente) COMBUSTIBLE (temperatura ambiente)+ AIRE PRECALENTADO COMBUSTIBLE PRECALENTADO + AIRE PRECALENTADO TAREA 1: OBSERVAR COMO VARIA LA TEMPERATURA DE LLAMA ADIABATICA DE LA COMBUSTION DEL PETROLEO RESIDUAL 500 (C=0.83 % H=0.17%) A 100 C, CON AIRE AL 30% DE EXCESO A 25 C, 100 C, 150 C, 200 C, 300 C Y 400 C. GRAFICAR Temperatura de llama vs Exceso de Aire. CASO 2 CUANDO EL EXCESO DE AIRE VARIA COMBUSTIBLE + AIRE (25% de exceso) COMBUSTIBLE + AIRE (50% de exceso) COMBUSTIBLE + AIRE (100% de exceso) COMBUSTIBLE + AIRE (200% de exceso) TAREA 2: Observar como vara la Temperatura de llama adiabtica del Gas Natural con temperatura ambiente con aire (20 %, 30 %, 50 %, 100%, 150% y 200%). GRAFICAR Temperatura de llama adiabtica vs Exceso de aire. Realizar comentarios pertinentes y adecuados de sus resultados.