unidad ii calderas

CALDERAS¿QUÉ ES UNA CALDERA?BÁSICAMENTE, UNA CALDERA CONSTA DE UN HOGAR, DONDE SE PRODUCE LA COMBUSTIÓN Y UN INTERCAMBIADOR DE CALOR, DONDE EL AGUA SE CALIENTA. ADEMÁS DEBE TENER UN SISTEMA PARA EVACUAR LOS GASES PROCEDENTES DE LA COMBUSTIÓN.EL AGUA PUEDE CALENTARSE A DIFERENTES TEMPERATURAS. EN LAS CALDERAS NORMALES NO SE SUELEN SOBREPASAR LOS 90 °C, POR DEBAJO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN DEL AGUA A PRESIÓN ATMOSFÉRICA. EN CALDERAS MÁS GRANDES, SE LLEGA HASTA LOS 140 °C, MANTENIENDO LA PRESIÓN ALTA EN LAS CONDUCCIONES PARA QUE NO LLEGUE A EVAPORARSE (AGUA SOBRECALENTADA). EXISTEN TAMBIÉN CALDERAS DE VAPOR, EN LAS QUE EL AGUA SE LLEVA A LA EVAPORACIÓN Y SE DISTRIBUYE EL VAPOR A LOS ELEMENTOS TERMINALES, EXISTEN TAMBIÉN CALDERAS EN QUE EL AGUA SE CALIENTA A TEMPERATURAS INFERIORES A 70 °C Y QUE CONSIGUEN ELEVADOS RENDIMIENTOS (CALDERA DE CONDENSACIÓN).

CALDERAS Introducción Las calderas: la energía de un combustible se transforma

en calor para el calentamiento de un fluido

CALDERASPartes:

– Hogar – Quemador – Humos – Intercambiador de calor – Fluido calo portador – Chimenea

CALDERASElementos auxiliares

Hay varios accesorios que deben instalarse en las calderas de vapor, todos con el objetivo de mejorar:

Funcionamiento. Eficacia. Seguridad. Válvulas de seguridad: Su función es proteger el

cuerpo de la caldera de sobrepresión y evitar que explosione.

Válvulas de interrupción: aísla la caldera de vapor y su presión del proceso o la planta.

CALDERASElementos auxiliares

Válvula de retención: contiene un resorte que mantiene la válvula cerrada cuando no hay presión en la caldera aunque el tanque de alimentación tenga un nivel elevado, además previene que la caldera se inunde por la presión estática del agua de alimentación.

Llave de purga: Las calderas deben tener como mínimo una válvula de purga de fondo, en un lugar cercano al que pueda que se acumule el sedimento o lodo. Estas válvulas deben accionarse con una llave y están diseñadas de tal manera que es imposible sacar la llave con la válvula abierta.

Manómetro: Todas las calderas deben tener como mínimo un indicador depresión. normalmente, se conectan al espacio vapor de la caldera por un tubo sifón en R que está lleno de vapor condensado para proteger el mecanismo del dial de altas temperaturas.

COMBUSTION Reacción [combustible - comburente] calor a

un nivel térmico aprovechable El quemador es el encargado de que la mezcla

sea la apropiada La cantidad de calor por unidad de masa que

desprende un combustible al quemarse es el Poder Calorífico (kJ/kg)

– PCI (el vapor de agua de los humos no condensa)

– PCS (se condensa el vapor de agua de los humos)

Los elementos básicos que reaccionan son: – El oxígeno del aire como comburente (aprox.

1m3 por kWh) – El carbono y el hidrógeno del combustible – Otros elementos (azufre), e inertes (cenizas)

Combustibles Los combustibles sólidos (leña, carbón ),

importan el carbono fijo, la humedad, las cenizas y las materias volátiles; mala mezcla con el aire, ensucian superficies

Los combustibles líquidos,( fuel oíl ( S2), y gas oíl C) Distribución en camiones cisterna y almacenamiento en un depósito central, alcanzando la caldera por una red de tuberías

Los combustibles gaseosos, (gases licuados de petróleo GLP, gas natural,)Composición variable, y el suministro puede ser por medio de canalizaciones a alta baja o media presión, con depósitos fijos o con depósitos móviles (bombonas);necesitan vaporización

REACCION DE COMBUSTIÓN Definimos a la reacción de

combustión como una reacción química de oxidación fuertemente exotérmica.

CO2H2OCOSO2CH4

TIPOS DE COMBUSTIÓN Combustión completa. Combustión incompleta. Combustión teórica o

estequiometria.

COMBUSTION COMPLETA

COMBUSTION

INCOMPLETA

COMBUSTION ESTEQUIOMETRICA

Es la combustión que se realiza con la cantidad teórica de oxígeno estrictamente necesaria para producir la oxidación total del combustible sin que se produzcan inquemados. En consecuencia, no se encuentra O2 en los humos, ya que dicho O2 se consumió totalmente durante la combustión. Esta combustión se denomina teórica porque en la práctica siempre se producen inquemados, aunque sea en muy pequeña proporción.

Tipos de Calderas Clasificación por los materiales Calderas de fundición; por elementos, la

transmisión de calor tiene lugar en el hogar, área de intercambio pequeña y rendimientos bajo; tienen poca pérdida de carga en los humos y por ello suelen ser de tiro natural

Calderas de acero; combustibles líquidos o gaseosos, por lo que tienen una mayor superficie de contacto y su rendimiento es mejor

Calderas murales; de diseño compacto y reducido, empleadas para instalaciones familiares de ACS y calefacción actualmente se está incrementando su potencia y permiten asociamiento de varias

Caldera de fundición

Caldera de acero

Tipos de Calderas Clasificación por su diseño Calderas pirotubulares, o de tubos de humo; la

llama se forma en el hogar, pasando los humos por el interior de los tubos de los pasos siguientes, para ser conducidos a la chimenea; presentan una elevada perdida de carga en los humos. El hogar y los tubos están completamente rodeados de agua. De este grupo son las llamadas cilíndricas o escocesas

Calderas acuotubulares, la llama se forma en un recinto de paredes tubulares que configuran la cámara de combustión. Soporta mayores presiones en el agua, pero es más cara, tiene problemas de suciedad en el lado del agua, y menor inercia térmica

Tipos de Calderas Partes principales de una Caldera Pirotubular

El cuerpo de la caldera formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un hogar de amplias dimensiones (donde se realiza la combustión). está dotado de ménsulas en escuadra y soportes estructurales, independientemente de las cimentaciones de tabique. Se monta sobre una base de acero o de hierro colado.

Tubo hogar: se quema el combustible, en donde tiene lugar la transmisión de calor por radiación. Quemador La pieza más esencial de cualquier caldera es el quemador. Esta es la sección en donde la fuente de combustible, ya

sea gas natural o algún otro combustible, se calienta. Una vez que se consigue la combustión, el aire caliente o fuego real se pone en el pirotubo.

Pirotubo La parte de la caldera nombrada después, el pirotubo, es un tubo de metal o una colección de tubos de metal

rodeados de agua. Estos tubos se llenan con el calor y la llama del quemador y pasan los gases de un lado a otro para calentar el agua alrededor del pirotubo. Los gases son expulsados una vez que han pasado por tres o cuatro veces a través del tubo o tubos.

Depósito El depósito o reservorio es el área alrededor del pirotubo que se llena de agua. Esta agua se calienta, a menudo

hasta el punto de que se convierte en vapor de agua y a continuación se libera en las tuberías conectadas que permitirán que el agua o vapor caliente una casa, accione una turbina, o una variedad de otros fines.

Tuberías Los tubos se alejan de la caldera pirotubular y transportan el agua caliente/vapor. En un sistema abierto, estos tubos

descargarán agua/vapor a otro lugar alejado de la caldera. En un sistema cerrado, sin embargo, estos tubos actúan como venas y traen el agua calentada/vapor de agua completando el círculo de nuevo al depósito.

Sistema cerrado Un sistema cerrado pirotubular es justo lo que suena. Cuando se hierve el agua y se envía a través de los tubos, el

agua vuelve al depósito y se recicla para ser utilizada de nuevo. Este sistema es bueno para la prevención de residuos, pero tiene que ser controlado cuidadosamente para asegurarse de que la presión no sea demasiado grande y estalle la caldera.

Tipos de CalderasEFICIENCIA DE UNA CALDERA PIROTUBULAR

La operación de la caldera con una cantidad mínima de exceso de aire minimizará la pérdida de calor en la chimenea y mejorará la eficiencia de la combustión. La eficiencia de la combustión es una medida de cómo efectivamente el contenido de calor del combustible se transfiere a calor utilizable. La temperatura en la chimenea y las concentraciones de oxígeno (o dióxido de carbono) son los principales indicadores de la eficiencia de la combustión.

Su eficiencia es un poco más alta que la de las calderas horizontales de retorno y que las del tipo locomóvil (alcanza el80% de eficiencia)Su mejor régimen de operación está entre 17 y 24.4 kg/m2/h de vapor (3.5 a 5 Ib/pie2/h) y no debe operarse a mas de 34.2kg/m2/h (7 Ib/pie m2/h).

Tipos de CalderasElementos de una Caldera Acuotubular

Son de aplicación cuando se requiere una presión de trabajo por encima de los 22 bares ver figura 3. en el caso de calderas de vapor, el titulo de vapor es muy bajo (0.85), es decir, que el

contenido de agua por unidad de masa es muy alto (15%) si no se les añaden

subconjuntos secadores del vapor, tales como recalentadores o sobre calentadores.

Esta calderas alcanzan eficiencias del 78 y 80 %.

Tipos de Calderas Clasificación por su aplicación Usos domésticos: calefacción, ACS

o mixtas Generación de energía para plantas

termoeléctricas: para la generación de vapor

Plantas de cogeneración: usan gases calientes, de recuperación

Generación de vapor o agua sobrecalentada en plantas industriales

Tipos de Calderas Clasificación por Tª salida de

los humos Estándar: no soportan

condensación, Tª ret > 70ºC Baja Tª: soportan Tª agua

retorno de 35 o 40ºC.Tubos de doble o triple pared gran tamaño

Condensación: la soportan de manera permanente

Tipos de Calderas Clasificación por la toma de aire Circuito abierto y tiro natural Circuito abierto y tiro forzado Calderas con cámara estanca

Tipos de Calderas Clasificación por el tipo de combustible Sólidos: engorrosas de operar por la

alimentación, las cenizas y suciedad que generan y el difícil control de la combustión.

Líquidos: el combustible deber ser pulverizado o vaporizado para que reaccione con el aire.

Gaseosos: de combustión más fácil pero más peligrosa que los líquidos

Sección de una caldera de combustible sólido

Tipos de Calderas Clasificación por la presión Calderas atmosféricas Calderas de depresión,

funcionan por la depresión que se crea en la chimenea o por un ventilador que aspira; se evita la salida de humos al local

Calderas de sobrepresión; los gases circulan empujados por un ventilador; por lo que los gases circulen más rápido que en las calderas de depresión

Tipos de Calderas Clasificación por el fluido caloportador Calderas de agua Calderas de agua sobrecalentada,

necesitan bombas de alimentación para elevar la presión, las fugas son muy peligrosas

Calderas de vapor, las fugas son muy peligrosas, los condensados necesitan ser purgados, necesitan gran control de la calidad del agua

Calderas de aceite térmico

QuemadoresPone en contacto el combustible y el comburente en cantidades y condiciones adecuadas

Los quemadores son aparatos o mecanismos cuya función es preparar la mezcla de combustible + comburente para realizar la combustión.

En el quemador, el combustible y el comburente (aire) entran por separados y en el se regulan la cantidades de cada uno, mezclándose lo mas perfectamente posible e iniciándose su propio encendido.

Por eso el quemador debe lograr la mezcla íntima del combustible con el aire (combustible y comburente) y además proporcionar la energía de activación. Para combustibles sólidos: parrillas, mala regulación, están en desusoPara combustibles líquidos : valvulería, filtros, elementos de control y de seguridadPara combustibles gaseosos: más sencillos, ya que la mezcla con el aire se consigue fácilmente. La valvulería, filtros, elementos de control y seguridad

QuemadoresQuemadores para líquidos

De pulverización mecánica o por presión:

colocan el líquido en rotación formando un cono de gotas que se mezcla con el aire.Necesitan presiones entre 16 y 20 bar, que ha de ser suministrada por la bomba del combustible.Los combustibles pesados, como el fuel, precisan precalentarse por su elevada viscosidad.


De pulverización asistida o inyección de fluido auxiliar: Sólo para combustibles pesados, junto con ellos se inyecta un fluido auxiliar formando una mezcla que se pulveriza fácilmente.


Rotativos, de pulverización centrífuga:

Una copa que gira a gran velocidad, distribuye el combustible y lo lanza perimetralmente hacia delante en forma de tronco de cono al tener elementos móviles, requieren un mantenimiento más cuidadoso, pero es menos propenso al ensuciarse.

QuemadoresQuemadores para gases

Para combustibles gaseosos: son más sencillos, ya que la mezcla con el aire se consigue fácilmente.

Quemador atmosférico: la presión del gas provoca la aspiración del aire (primario) para la combustión (40 al 60%),el resto se completa en el quemador. La regulación de potencia se controla con la sección de paso del combustible.


Para combustibles gaseosos: son más sencillos, ya que la mezcla con el aire se consigue fácilmente.

Quemador de premezclado: el aire, incluido el exceso, se mezcla con el gas antes del quemador, no existiendo aire secundario.


De flujo paralelo, con mezcla por turbulencia, el aire llega paralelo al eje del quemador, se pone parcialmente en rotación por la acción de la roseta (dispositivo con aletas).

QuemadoresQuemadores mixtos

Quemadores mixtos:

Simultáneamente o por separado más de un combustible .Se utilizan en grandes calderas para dar seguridad de servicio.

Quemadoresequipos auxiliares

Ventiladores de aire de combustión:Envían el aire al cajón, común o individual, en el que están alojados los quemadores.En las instalaciones industriales se instala en un foso situado en el frente de la caldera, para amortiguar ruidos el accionamiento por correas y poleas permite ajustes posteriores en el caudal impulsado entre el ventilador y el quemador se deben instalar juntas flexibles, para amortiguar las vibraciones y absorber las dilataciones de la caldera.

Quemadorescircuitos de combustibles

Para los sólidos la alimentación puede ser manual en las pequeñas y automatizada en las grandes.

En las de combustibles líquidos la alimentación es con bombas que comunica presión al combustible, de engranajes.

– Son más robustas – Son más estables – El combustible las lubrica En las de combustibles gaseosos la fuerza

impulsora es la presión de la red de distribución o el depósito, puede ser necesario un reductor de presión.


Circuito fluido calo portador:Hay que considerar la pérdida de carga que supone la calderaLa fuerza impulsora:Red de abastecimiento (circuitos abiertos)Bombas circuladoras.Por termosifón: (diferencia de densidades del agua caliente y fría, poco empleado)En las calderas de vapor, el caudal de alimentación será la suma del vapor generado, más las purgas que se realicen (mantener la concentración de sales) Tratamiento de aguaEl tratamiento de agua de alimentación, o reposición dependerá de las características de las aguas locales


Bombas de circulación de agua: Las calderas industriales provistas de quemadores de

combustibles líquidos o gaseosos, deben estar equipadas con un sistema de bomba de alimentación, Bombas centrífugas, de varias etapas, con una curva Q-H que no sea plana Diseñada para trabajar con altas temperaturas NPSHR < NPSHD para evitar la cavitación

Un factor importantísimo a tener en cuenta durante el trabajo de la caldera es la calidad del agua de alimentación .Esta agua debe estar desprovista de dureza temporal, de lo contrario, las sales depositadas en torno a los tubos de fuego van formando una capa aislante que impide el intercambio adecuado de calor entre gases de la combustión y agua, con la consecuente pérdida de eficiencia

Quemadoresseguridad y control

Encendido de la chispa: Piezoeléctrico; es un cristal de cuarzo de que se carga

eléctricamente cuando se le deforma, no necesita conexión eléctrica

Por filamento incandescente; se calienta al paso de una corriente eléctrica, necesita conexión eléctrica, y el filamento es muy frágil.

Por chispa de alta tensión; un transformador genera una tensión que produce el salto de una chispa; es un sistema de larga vida pero necesitar conexión eléctrica

El paso de combustible y el comburente deben quedar cerrados cuando la caldera está parada enfriar la caldera

Control de encendido y mantenimiento de la combustión, la extinción es debida casi siempre a que la mezcla aire/gas sobrepasa los límites de inflamabilidad

chispa


Los dispositivos para evitar estos riesgos suelen ser:Presostatos detectando la baja presión o alta

presión de gas– Detector de falta de aire comburente– Detector de extinción de la llama

Bimetálicos, se deforman por calor Termopares, generan una cierta tensión al calentarse ElectrónicosAnomalía reencendido de la llama

– Detección de falta de suministro eléctrico; vital para los sensores; batería

Anomalía paro de seguridad, corte suministro de combustible y alarma

Detector de extinción de llama


Control del quemador, encendido y/o modular la potencia

Control de la bomba y el ventilador, el paro de la bomba implica calentamiento; el del ventilador puede llevar a que los gases no se evacuen, lo que supondrá una temperatura excesiva y dificultad en la combustión

Control de nivel de agua en el interior de la caldera, (T y ptos. calientes)

Control de aparición de inquemados por un analizador de gases

controles


Control de temperatura de los humos;

T pérdidas en los humos; T riesgo de condensación

Control de T en la caldera; los ptos calientes acortan la vida

Control de condensados, si se producen, hay que neutralizarlos y evacuarlos


En el encendido hay que considerar los siguientes tiempos:

Tiempo de prebarrido: periodo de funcionamiento del ventilador antes de encender la llama; elimina gases residuales

Tiempo de preencendido: desde que se provoca la chispa hasta que se empieza a suministrar combustible, con esto se logra un encendido suave

Tiempo de seguridad: es el tiempo máximo en el que se puede suministrar combustible a la caldera sin que aparezca la llama

Tiempo de postencendido: es el periodo en el que se mantiene el sistema de encendido después de haber provocado la aparición de la llama

Soluciones y medidas correctivas

V.S

Soluciones y medidas correctivas

IMPACTOS AMBIENTALES CONTAMINACIÓN ATMOSFERICA POR COMBUSTION PRODUCIDAD EN LAS CHIMENEAS DE LOS

QUEMADORES. concentración de contaminantes. tipo de los contaminantes presentes. tiempo de exposición. fluctuaciones temporales en las concentraciones de

contaminantes. sensibilidad de los receptores. sinergismos entre contaminantes.

Soluciones y medidas correctivasEfectos en la salud humana

SO2Se ha comprobado la relación existente entre la contaminación atmosférica, producida por partículas en suspensión y el anhídrido sulfuroso (SO2), y la aparición de bronquitis crónica caracterizada por la producción de flemas, la exacerbación de catarros y dificultades respiratorias tanto en los hombres como en las mujeres adultas.

COLa presencia en el aire de elevadas concentraciones de monóxido de carbono (CO) representa una amenaza para la salud. El CO inhalado se combina con la hemoglobina de la sangre, dando lugar a la formación de carbooxihemoglobina, lo que reduce la capacidad de la sangre para el transporte de oxígeno desde los pulmones hasta los tejidos.

noxLos óxidos de nitrógeno, NOx, son contaminantes igualmente peligrosos para la salud. La mayor parte de los estudios relativos a los efectos de los NOx se han ocupado, sobre todo, del NO2 ya que es el más tóxico. Los efectos producidos por el NO2 sobre los animales y los seres humanos afectan, casi por entero, al tracto respiratorio.

C- HOLLINLas partículas sólidas dispersas en la atmósfera como el hollín (C) y las cenizas, cuyo diámetro va de 0.3 a 10 µm en su fracción respirable, tienen la particularidad de penetrar en el aparato respiratorio hasta los alvéolos pulmonares provocando irritación en las vías respiratorias; su acumulación en los pulmones agrava el asma y las enfermedades cardiovasculares.

Soluciones y medidas correctivas¿COMO EVITAR EL EXCESO DE

COMBUSTION? Deben tomarse las medidas necesarias para aumentar la eficiencia energética de las Calderas y disminuir con ello las

emisiones de sustancias contaminantes al medio ambiente. Algunas de estas medidas son: Chimeneas. Ciclón. Multiciclón. Hurriciclón. Filtro de mangas. Filtro de mangas de chorro pulsante. Precipitado electrostático. Biofiltro de gases. Adsorción. Etc.

Soluciones y medidas correctivaschimeneas

Han de estar térmicamente aisladas, para que los gases no se enfríen y se pierda tiro, evitando condensaciones y T de contacto elevadas

Las chimeneas han de ser estancas para evitar que entren en presión; y en su base tener un "saco" para recoger hollines y el agua que entre o condense

La sección de la chimenea debe ser constante en todo el recorrido, siendo las superficies interiores lisas

Puede colocarse un cortatiro, que es un elemento colocado en el conducto de evacuación de humos que evita el retroceso de estos.

Al final de la misma se puede instalar un aspirador estático o bien un deflector que evite que el viento incidente produzca una sobrepresión que obstaculiza la salida de los humos.

Conducto vertical por el cual se expulsan los humos de la combustiónPara evitar los contaminantes han de estar a una cierta altura y alejadas de puertas y ventanasEl tiro es la depresión que se genera en la base de una chimenea por la diferencia de peso específico entre los humos y el aire exterior; debe vencer la pérdida de carga del aire y comunicar a los humos cierta velocidad de salidaUn tiro excesivo provoca una elevada velocidad y los gases salen muy calientes; si es pequeño ocasiona dificultades en la combustiónLos conductos horizontales largos se deben evitar y se ha de disponer registros herméticos que permitan la limpieza.

Soluciones y medidas correctivasCICLONES Y MUTICICLON

Ciclón: El principio de funcionamiento se basa en la acción de las fuerzas centrífuga y gravitatoria sobre las partículas contenidas en la descarga gaseosa, de tal manera que mientras estas son retenidas en el dispositivo, el gas continúa su trayectoria hacia fuera del equipo, libre de partículas o con una menor concentración de éstas.

Multiciclon: El separador multiciclónico se ha diseñado para conseguir elevadas eficacias de separación para caudales de gases elevados. Esta elevada eficacia se consigue a través de ciclones de muy pequeño diámetro que unidos forman una unidad compacta. En operación el gas con el polvo entra a las celdas colectoras axialmente a través de rodetes estáticos.

Soluciones y medidas correctivasHURRICICLON

Como un sistema de mayor eficiencia que el ciclón, donde la parte cilíndrica se encuentra una especie de Venturi con vértices de vena y tubo inferior es doble y ranurado.

Soluciones y medidas correctivasFILTRO DE MANGAS NORMAL Y

DE CHORRO PULSANTE FILTRO DE MANGAS:Los filtros de mangas o también conocido como casa de bolsas es uno de los equipos más eficientes y representativos de la separación sólido-gas, para la eliminación de partículas sólidas de una corriente gaseosa haciéndola pasar a través de un tejido. Estos filtros son capaces de recoger altas cargas de partículas resultantes de procesos industriales de muy diversos sectores, tales como industria; minera, energética, siderúrgica, entre otras.

FILTRO DE MANGAS CHORRO PULSANTE:

Soluciones y medidas correctivasPrecipitado electrostático

Los precipitaderos electrostáticos imparten a la partícula o material particulado una carga electrostática y al colocarle un campo es impulsada a la pared colectora. Esta combinación de placas y electrodos tienen como objeto que los electrones libres carguen partículas y que el campo la impulse hacia las placas donde pierden su carga y queda adheridas.

Para remover partículas de los gases de salida de los procesos de combustión, tales como calderas, con una eficiencia hasta del 99.9 %.

Soluciones y medidas correctivasBiofiltro de gases

Planta piloto de biofiltración

Soluciones y medidas correctivasAdsorción

CLORES DE SEGURIDADSu significado e indicaciones y precisiones

En el presente capítulo se establece el código de identificación para tuberías

CLORES DE SEGURIDADSu significado e indicaciones y precisiones

Las tuberías deben ser identificadas con el color de seguridad que le corresponda de acuerdo a lo establecido en la imagen:

GRACIAS POR SU ATENCION

Alumno: Jaime Hernandez EstudilloProfesor: Omar Reyes Medina

unidad ii calderas

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