UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO.

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOF . I . S . E . IFACULTAD DE INGENIERIA EN SISTEMAS, ELECTRONICA E INDUSTRIAL

FACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS, ELECTRNICA E INDUSTRIAL PERODO ACADMICO: OCTUBRE/2014 FEBRERO/2015

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO.INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN.TERMODINMICA.ING. EDISSON JORDN.

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFacultad de Ingeniera en Sistemas, Electrnica e Industrial

Ttulo:CALDERAS

Carrera:INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN

rea Acadmica:INDUSTRIAL

Ciclo Acadmico y Paralelo:8vo INDUSTRIAL A

Alumnos participantes:BONILLA GUSTAVO PARRA JORGE

Mdulo y Docente:TERMODINMICA.ING. EDISSON JORDN.INFORMETITULO:CALDERASOBJETIVOSGENERAL: Realizar una investigacin acerca de calderas, con la finalidad de conocer su funcionamiento y definiciones a travs de una bsqueda bibliogrfica y documental.

ESPECFICOS: Conocer los diferentes tipos de calderas para conocer el funcionamiento de cada una de ellas y su respectiva aplicacin en los diversos procesos industriales por medio de una indagacin bibliogrfica. Investigar sobre las calderas pirotubulares con el propsito de conocer su funcionamiento, partes y caractersticas a travs de una investigacin bibliogrfica.

MARCO TERICOHISTORIA DE LAS CALDERASCuandoJames Wattobserv que se podra utilizar el vapor como una fuerza econmica que remplazara la fuerza animal y manual, se empez a desarrollar la fabricacin de calderas, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias.Las primeras calderas tuvieron el inconveniente de que los gases calientes estaban en contacto solamente con su base, y en consecuencia se desaprovechaba el calor del combustible. Debido a esto, posteriormente se les introdujeron tubos para aumentar la superficie de calefaccin. Si por el interior de los tubos circulan gases o fuego, se les clasifican en calderas pirotubulares (tubos de humo) y calderas acuotubulares (tubos de agua). Hasta principios del siglo XIX se us la caldera para teir ropas, producir vapor para la limpieza, etc., hasta que Dionisio Papin cre una pequea caldera llamadamarmitaen 1769. Se us vapor para mover la primera mquina homnima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo, ya que utilizaba vapor hmedo (de baja temperatura) y al calentarse, sta dejaba de producir trabajo til. Luego de otras experiencias, James Watt complet en 1776 una mquina de vapor de funcionamiento continuo, que us en su propia fbrica, ya que era un industrial ingls muy conocido.Inicialmente fue empleada como mquina para accionarbombas de agua, de cilindros verticales; fue la impulsora de larevolucin industrial, la cual comenz en ese siglo y contina en los posteirores. Mquinas de vapor alternativas de variada construccin han sido usadas durante muchos aos, como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a lasturbinas. Entre sus desventajas est la poca velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por kW de potencia; necesidad de un mayor espacio para su instalacin e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura.Dentro de los diferentes tipos de caldera, se han construido para traccin, utilizadas enlocomotoraspara trenes, tanto de carga como de pasajeros. Hay una caldera multi-humotubular con haz de tubos amovibles, preparada para quemarcarbnolignito. El humo, es decir, los gases de combustin caliente pasan por los tubos, cediendo su calor al agua que los rodea.Para medir la potencia de la caldera, y como dato anecdtico, Watt recurri a medir la potencia promedio de muchos caballos, y obtuvo unos 33.000 libras-pie/minuto o sea 550 libras-pie/seg., valor que denominHorse Power, potencia de un caballo. Posteriormente, al transferirlo al sistema mtrico de unidades, daba algo ms de 76 kgm/seg. LaOficina Internacional de Pesos y MedidasdePars, resolvi redondear ese valor a 75 ms fcil de simplificar, llamndoloCaballo Vapor en homenaje a Watt.

CALDERAS

Fig 1 Calderas Utilizadas en las Industrias

PARTES DE UNA CALDERA

Otros factores que afectan la eficiencia

CALDERAS INDUSTRIALESLa caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Adems, es recipiente de presin, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

Fig. 2 Aplicaciones de las CalderasEsterilizacin (tindarizacin): era comn encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental mdico; tambin en los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, as como para elaborar alimentos en marmitas (antes se crey que esta era una tcnica de esterilizacin).Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentar petroleos pesados y mejorar su fluidez.Generar electricidad a travs de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de las centrales termoelctricas.Es comn la confusin entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.Elementos, Trminos y Componentes de una CalderaAgua de alimentacin: es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red con algn tratamiento qumico como la desmineralizacin.Agua de condensado: es el agua que proviene del estanquecondensadory que representa la calidad delvapor.Vapor secoo sobresaturado:Vaporde ptimas condiciones.Vapor hmedoo saturado:Vaporcon arrastre de espuma proveniente de un agua de alcalinidad elevada.Condensador: sistema que permite condensar elvapor.Estanque de acumulacin: es el estanque de acumulacin y distribucin de vapor.Desaireador: es el sistema que expulsa los gases a laatmsfera.Purga de fondo: evacuacin de lodos y concentrado del fondo de la caldera.Purga de superficie: evacuacin de slidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.Fogn u hogar: alma decombustindel sistema, para buscar una mejora continua de los recipientes y circuitos establecidos por la caldera.Combustible: material que produceenerga calricaal quemarse.Agua de calderas: agua de circuito interior de la caldera, cuyas caractersticas dependen de los ciclos y del agua de entrada.Ciclos de concentracin: nmero de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentacin.Alcalinidad: nivel desalinidadexpresada en ppm de CaCO3que confiere una concentracin deionescarbonatos e hidroxilos que determina el valor depHde funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11,5.Desoxigenacin: tratamiento qumico que elimina eloxgenodel agua de calderas.Incrustacin: sedimentacin de slidos con formacin de ncleos cristalinos o amorfos desulfatos,carbonatoso silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.Dispersante: sistema qumico que mantiene los slidos descohesionados ante un evento de incrustacin.Antiincrustante: sistema qumico que les permite a los slidos permanecer incrustantes en solucin.Anticorrosivo: sistema qumico que brinda proteccin por formacin de filmes protectivos anteionescorrosivos presentes en el agua.Corrosin: vaseCorrosinndice devapor/combustible: ndice de eficiencia de produccin devaporde la caldera.

TIPOS DE CALDERAS INDUSTRIALES

Calderas de tubos de agua o Acuotubulares

Calderas devaporizacininstantnea

Clasificacin de acuerdo a la circulacin de los fluidos dentro de los tubos de la calderaCalderas humotubularesEn estas calderas son los humos los que circulan por dentro de tubos, mientras que el agua se calienta y evapora en el exterior de ellos. Todo este sistema est contenido dentro de un gran cilindro que envuelve el cuerpo de presin.

Clasificacin de acuerdo a la presin de trabajo de la caldera

1. Calderas de baja presinCalderas que producen vapor a baja presin, hasta unos 4 o 5kg/cm2.Este rango de presiones es ms comn en las calderas de agua caliente que en las calderas que generan vapor.2. Calderas de media presinProducen vapor hasta aproximadamente 20 kg/cm2. Generalmente vapor saturado, utilizadas en la industria en general.3. Calderas de alta presinAsociadas a ciclos de potencia, trabajan con presiones de 20 kg/cm2 hasta presiones cercanas a la crtica.4. Calderas supercrticas.Son calderas que trabajan con presiones superiores a la crtica: 225,56 hasta, 374,15C. Utilizadas en grandes plantas de generacin de energa elctrica, en EEUU y en algunos pases de Europa, tambin hay algunas en Japn.

Clasificacin de acuerdo a la produccin de vapor

1. Calderas chicasProducen hasta 1 o 2 toneladas de vapor saturado por hora.

2. Calderas medianasProducciones de hasta aproximadamente 20 toneladas de vapor por hora. Las calderas chicas y medianas casi en su totalidad son calderas humotubulares de baja y media presin.

3. Calderas grandesCalderas que producen desde 20 toneladas de vapor por hora, siendo normal encontrar producciones de 500 y 600 toneladas por hora. Generalmente vapor sobrecalentado, siendo calderas acuotubulares.Clasificacin de acuerdo al combustible utilizado

1. Calderas de combustibles lquidosSe fabrican Generadores de Vapor de todo tipo y tamao que utilizan combustibles lquidos. Requieren de instalaciones de almacenaje y tanques de servicio, de elementos de precalentamiento del fuel y de sistemas de bombeo y transporte.La viscosidad de estos combustibles vara desde 30 40 cSt (100C) en los fuels de baja viscosidad hasta 700 cSt (100C) y ms para combustibles de alta viscosidad, como los utilizados en sistemas de generacin elctrica. En las plantas industriales en general se utilizan fuels de viscosidad del orden de 380 - 450 cSt (100C).

2. Calderas de combustible gaseososUtilizan tanto gas natural como GLP, aire propanado o gas obtenido en gasificadores. Generalmente los quemadores de gas trabajan con muy baja presin, por lo que es comn que tengan sistemas de reduccin de presin importantes.En el caso de tener asociado un gasificador que suministre un gas muy particulado se utilizan cmaras torsionales a fin de aumentar el tiempo de permanencia del combustible en el hogar.Es importante lograr una buena mezcla de aire-gas.3. Calderas de combustibles slidosLos combustibles slidos utilizados son muy variados: lea en todos los tamaos (rolos, astillas, chips), deshechos de produccin (pellets de madera, aserrn, bagazo de caa de azcar, cscara de arroz), carbn (en distintos grados de pulverizacin), etc.

ESQUEMA DE COMPOSICIN DE LA CALDERA ACUOTUBULAR

Fig 3.0 CALDERA ACUOTUBULAR

SALA DE CALDERA SALA DE CALDERAS

Fig 4.0 Diagrama de Caldera

Fig 5.0 Sala de Caldera

Fig 6.0 Sala de Caldera

Fig 7.0 Sala de CalderaCONCLUSIONES: Un caldero es un dispositivo utilizado para calentar agua o generar vapor a una presin superior a la atmosfrica mediante un proceso de trasferencia trmica y se componen de un compartimento donde se consume el combustible y otro donde el agua se convierte en vapor. Las calderas son recipientes grandes, de formas redondas, se hierve un lquido para generar vapor, por lo que ser empleado en la generacin de energa o sistema de calefaccin. En la mayora de industrias es de gran relevancia porque permite la Las aplicaciones de las calderas en las industrias permiten tener una amplia funcionalidad , as como caractersticas generales, por lo que se las clasifican en diferentes grupos entre las que tenemos: La circulacin de los fluidos dentro de los tubos de la caldera ,La presin de trabajo de la caldera, la produccin de vapor, al combustible utilizado, La circulacin del agua dentro de la caldera Existen varios tipos de calderos los cuales tiene diferentes estructuras y funcionamientos dependiendo del tipo de aplicacin en el que se vayan a utilizar pero los ms comunes son los calderos de tubos de agua y los calderos de tubo de fuego Las calderas acuotubulares, Los quemadores se encuentran dentro de un reciente por lo que se la llamada cmara de combustin (hogar), permitiendo el paso de los humos generados por el interior de los pasos siguientes, por lo que en los sucesivos se forman por paredes tubulares en su mayora.

BIBLIOGRAFA

Calderas. Extrado el 30 de Noviembre de 2013, desde: http://www.sisman.utm.edu.ec/libros/FACULTAD%20DE%20CIENCIAS%20MATEM%C3%81TICAS%20F%C3%8DSICAS%20Y%20QU%C3%8DMICAS/INGENIER%C3%8DA%20MEC%C3%81NICA/09/Calderas/Libros/libro%20Calderas.pdf Sala de Calderas. Normativa Bsica y diseo. Extrado el 30 de Noviembre de 2013, desde: http://www.prosener.com/Presentaciones/Prosener%20-%20Salas%20de%20calderas.pdf

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