Dinámica Y Control Para Una Caldera

OBJETIVOS

• Hacer que la caldera proporcione un suministro continuo de vapor en las condiciones de presión y temperatura deseadas.

• Operar continuamente la caldera al menor coste de combustibles manteniendo un alto nivel de eficiencia.

ALCANCE

• Desarrollar una estrategia de control, preciso y el adecuado, para un manejo eficiente durante el servicio de calentamiento.

INTRODUCCIÓN

El vapor provee un medio controlable de transporte de energía en forma económica y eficiente. Su uso se ha popularizado a nivel industrial e institucional en un amplio rango de aplicaciones, desde generación de energía eléctrica hasta calentamiento de espacios, aplicación en procesos productivos y en hospitales, hoteles y restaurantes.

Un progreso decisivo en la evolución de los generadores de vapor fue la combustión con productos derivados del petróleo, que suprimió el aspecto caótico de las salas de maquinas de carbón. Posteriormente se paso el tiro natural proporcionado por chimeneas muy largas, al tiro forjado obtenido por medio de un soplo de vapor hacia la salida superior de la chimenea, por medio de aire inyectado a los ceniceros.

Los generadores de vapor de tubos de agua siguieron evolucionando para producir vapor sobrecalentado, es decir, a temperaturas superiores de la saturación y así conseguir presiones superiores. Posteriormente salieron al mercado generadores de vapor con presiones por arriba de 62 Kg/cm2 y una temperatura de unos 510°C.

PRINCIPIOS BÁSICOS

GENERADOR DE VAPOR

Un generador de vapor es un intercambiador de calor en el que el agua se transforma en vapor aprovechando la energía aportada generalmente por un proceso de combustión, o también por el calor contenido en un gas que circula a través de ella. En ambos casos el calor aportado se transmite a un fluido, que se vaporiza o no, y se transporta a un consumidor, en el que se cede esta energía. La característica principal de un generador de vapor es la de un recipiente cerrado sujeto a una presión mayor a la atmosférica.

TIPOS DE GENERADORES DE VAPOR

Los generadores de vapor se catalogan según:

• Aplicación

• Diseño

CLASIFICACION DE LOS GENERADORES DE VAPOR SEGÚN SU APLICACIÓN

Teniendo en cuenta su aplicación los generadores de vapor clasifican a su vez en los siguientes grupos esenciales.

• Para usos domésticos: Se utilizan para la calefacción domestica, son de pequeñas potencias.

• Para generación de energía en plantas termoeléctricas: se utilizan para la generación de vapor sobrecalentado a altas presiones. Como fluido motriz de grupos turboalternadores, para generar energía eléctrica, son de grandes potencias.

• Para plantas de cogeneración: Utilizan los gases calientes del escape de turbinas de gas o motores de explosión para que circulando a través de ellas, cedan su calor para generar un fluido térmico que se transporta hasta un consumidor, donde cede su energía, que como en el caso anterior puede ser vapor sobrecalentado.

• Para aplicaciones marina en barcos: Se instalan en barcos para su generador de vapor motriz.

• Para generación de energía en plantas terrestres: Generan energía para consumo interior propio de la fábrica. Su instalación es estática y ciertamente terrestres y sus aplicaciones especificas son las siguientes:

- Generación de agua caliente para calefacción industrial y aplicaciones directas en procesos de producción.

- Generación de vapor para aplicaciones directas en procesos de producción.

CLASIFICACIÓN DE LOS GENERADORES DE VAPOR POR SU DISEÑO

Teniendo en cuenta el diseño los generadores de vapor para generación en plantas industriales, se clasifican en los siguientes grupos:

• Pirotubulares, o de tubos de humo.

• Acuotubulares, o de tubos de agua.

Generadores Pirotubulares o de Tubos de Humo.

Se caracterizan por q la flama de la combustión se forma adentro de cada hogar cilíndrico del generador de vapor, pasando los humos generados por el interior de los tubos de los pasos siguientes (normalmente dos), para ser conducidos a la chimenea de evacuación.

Para generar vapor, se regula el nivel medio del agua en su interior, de forma que varíe dentro de una banda prevista sirviendo su cámara superior de separador de vapor generado, desde donde sale el consumo por la tubería de salida.

Para generar agua sobrecalentada el generador de vapor está completamente inundando siendo iguales los conductos de entrada y salida del agua.

FIG. 1: Generadores de vapor Pirotubulares de tres pasos con 1 y 2 hogares ondulados (Sección longitudinal)

Generadores de Vapor Acuotubulares o de Tubos de Agua.

Se caracterizan por que la flama de los quemadores se forma dentro del recinto formado por paredes tubulares en todo su entorno, que configuran la llamada cámara de combustión, pasando los humos generados por el interior de los pasos siguientes, cuyos sucesivos recintos están también formados por paredes tubulares en su mayoría.

La cualidad que diferencia estos generadores de vapor, es que todos los tubos que integran su cuerpo están llenos de agua, o al menos, llenos de agua-vapor en los tubos hervidores, en los que se transforma parte de agua en vapor cuando generan vapor como fluido final de consumo. Estos generadores de vapor pueden generar tanto vapor, como agua sobrecalentada.

Fig. 2 Generador de Vapor de Tubos de Agua.

FILOSOFÍA DE OPERACIÓN

El procedimiento para suministrar la energía térmica necesaria en hornos y generadores de vapor consiste en transformar la energía potencial contenida en los combustibles, en energía térmica mediante su combustión. En general una reacción de combustión es aquella que incluye un combustible, un oxidante y una liberación de energía. El oxidante puede ser Oxigeno o aire, y como productos se formaran principalmente, Dióxido de Carbono (CO2), Monóxido de carbono (CO) y Agua (H2O) junto con otros productos como Dióxido de Azufre, que procede de los componentes menores del combustible. La combustión completa requiere la presencia de oxigeno suficiente para que todo el carbono y el hidrogeno del combustible se convierta en dióxido de carbono y agua. Durante una combustión incompleta aparecerán otros productos; el más importante será el monóxido de carbono.

La reacción general es:

COMBUSTIBLE + OXIDANTE  PRODUCTOS + ENERGIA

A través del proceso de la combustión se suministra la energía necesaria para evaporar el agua y de esta forma propiciar la generación de vapor.

BASES DE DISEÑO

(SELECCIÓN DE UN GENERADOR DE VAPOR)

La selección y compra de un generador de vapor es una de las inversiones más durables. El promedio de vida de un buen equipo de hasta 20 años o más dependiendo del mantenimiento, y durante este tiempo es de gran importancia el costo de operación del mismo. Para llevar a cabo una selección adecuada en lo que se refiere a generadores de vapor, es necesario considerar diversos factores de suma importancia, entre otros son los siguientes:

• Demanda de vapor

• Calidad de alimentación disponible

• Horas diarias de operación del generador de vapor

• Tipo de generador a utilizar y número de unidades

• Espacio disponible

• Selección del combustible

• Consumos/Costos/Selección de combustible.

DEMANDA DE VAPOR REQUERIDA

Este cálculo determinara la capacidad de o los generadores de vapor que será necesario adquirir. No es recomendable seleccionar una capacidad que nunca se va a utilizar completamente, esto es a todas las vistas antieconómico.

Así también, es de importancia la determinación de la presión que el vapor deberá tener para un buen desarrollo en un proceso determinado.

Un generador de vapor es seleccionado apropiadamente cuando proporciona un servicio eficiente y no propicia desperdicio de combustible.

CALIDAD DE AGUA DE ALIMENTACION DISPONIBLE

Antes de adquirir un generador de vapor, debe considerar la calidad de agua a usar, ya que esta determinara la duración y buen funcionamiento del mismo.

HORAS DE OPERACIÓN DIARIAS DEL GENERADOR DE VAPOR

Debe considerarse la cantidad de vapor que se requerirá, así como la elección del combustible a utilizar y consecuentemente la selección del generador apropiado.

TIPOS DE GENERADORES A UTILIZAR Y NUMERO DE UNIDADES

De

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