Calderas Las calderas se pueden de clasificar de acuerdo a la siguiente tabla

Calderas

Las calderas se pueden de clasificar de acuerdo a la siguiente tabla:

Calderas según la disposición de fluidos

En la clasificación según el tipo de la disposición de fluidos se clasifica en otras 2 a su vez:

→Caldera pirotubulares

Son aquellas calderas en las que los gases de combustión circulan dentro de los tubos o ductos y el líquido se encuentra sobre un recipiente atravesado sobre los ductos.

Su aplicación para este tipo de caldera no deberá de exceder una presión de trabajo a 22 bar.

Cuentan con gran capacidad de volumen de agua que permite adaptarse a las variaciones de las distintas instalaciones de calderas.

El vapor que aquí se produce puede tener una calidad muy cercana a 1 por lo que el contenido de agua por unidad de masa es bajo; alrededor del 3 %, esto hace que no sea necesario un equipo auxiliar.

Estas calderas se clasifican a su vez de acuerdo al eje tubular:

1. Calderas horizontales. En este tipo de calderas el eje tubular está colocado de la parte delantera a la trasera de la caldera.
2. Calderas verticales. El eje tubular se encuentra colocado de la inferior a la parte superior de la caldera.

Y a su vez pueden clasificarse de acuerdo al número de ejes tubulares:

1. Caldera de dos pasos de gases. Son calderas que se dividen en dos partes por donde los gases de combustión pasaran. En la imagen se puede observar la división; en la parte de abajo se cuenta con el quemador donde se tiene dos rutas que pasan por encima y por debajo del quemador hacia su núcleo. De ahí fluyen hacia a los tubos de segundo paso y de ahí hacia al caja de gases trasera para ser evacuados.

Son caldera de muy bajo rendimiento y de alto contenido de contaminación en sus gases de combustión.

1. Caldera de tres pasos de gases. en este tipo de caldera en su diseño costa de tres vías independientes de paso en un único sentido de circulación. En la parte de abajo está la cámara de combustión con forma cilíndrica, rodeada por una cámara húmeda la cual contiene agua. Los gases de combustión producidos en la cámara de combustión por el quemador fluyen hacia el segundo paso de gases.

De ahí cambian de dirección hacia el tercer paso de gases y de ahí hacia el conducto de expulsión para ser evacuados al exterior. Tienen un alto rendimiento y bajo contenido de contaminante en los gases de combustión.

→Calderas acuotubulares.

Las calderas de este tipo, el fluido de trabajo fluye por el interior de los tubos durante su calentamiento y los gases de combustión fluyen por el exterior de los tubos.

Son usadas para cuando la aplicación requiera una presión de trabajo arriba de los 22 bar.

Por su diseño cuenta con un bajo volumen de fluido de trabajo. Para calderas de vapor su calidad es alrededor del 0.85 por lo que cuenta con un contenido de agua por unidad de masa de un 15 % aproximadamente. Se le deben de añadir recalentadores o sobre calentadores para mejorar la calidad.

Clasificación de calderas por su tecnología.

Estas calderas se clasifican de acuerdo a la temperatura de calentamiento que llevan a cabo, de acuerdo al diseño del quemador así como del tipo de combustible que se emplea en ella

→Caldera de agua caliente.

Estas calderas de agua caliente, el fluido de trabajo es el agua y tienen una temperatura de trabajo inferior a los 100 °C. Pueden ser tipo acuotubulares y pirotubulares.

→Calderas de agua sobre calentada.

Al igual que las de agua caliente, estas calderas trabajan agua como fluido, y su temperatura máxima de trabajo es superior a 110°. También pueden ser acuotubulares y pirotubulares.

→Caldera de fluido térmico

Son calderas que usan como fluido de trabajo un fluido distinto al agua. Estas calderas pueden ser únicamente acuotubulares. Pueden trabajar distintas temperaturas dependiendo del tipo de fluido de trabajo.  

→Caldera de vapor.

En estas el fluido de trabajo es vapor de agua. Se pueden encontrar de tipo acuotubulares y pirotubulares

Componentes esenciales en una caldera

-Envolvente exterior o domo. Encargado de contener los fluidos y en ella van montados otros componentes auxiliares como niveles o las tabuladoras de control entre otros.

-Cámara de combustión. Es de forma cilíndrica en posición horizontal. Es la encargada de contener la flama del quemador y comenzar la transferencia de calor.

-Tubos de entrada y salida. Los tubos de entrada son los encargados de llevar el fluido hacia la caldera o los que se hayan enfriado durante el trayecto a los de salida. Los de salida son los encargados de expulsar el fluido después de haberse calentado.

-Sobre calentadores. Son equipos compuestos de serpentines que se instalan en la zona con mayor temperatura de la caldera después de la cámara de combustión. Son usados para alcanzar la calidad de vapor a 1 así como para elevar la temperatura del vapor produciendo vapor sobre calentado con temperaturas más altas a la de saturación.  

-Economizadores. Son elementos que se instalan en la expulsión de los gases de las calderas con el fin de aumentar el rendimiento. Están conformados por tubos lisos o con aletas, en donde por el interior circulan el agua de alimentación a la caldera y por fuera los gases de combustión. Los gases transfieren calor al fluido de alimentación haciendo una especie de precalentado y esto disminuye el consumo de energía para calentar.

Balance de calor

El calor de alimentación o de entrada está dado por la cantidad de fuego que se dispone durante 1 hora en el quemador, o por el calor calorífico del combustible.

Para calcular la absorción dentro de la caldera se necesita saber la cantidad de vapor que se produce en relación con el aumento de entalpia en el fluido de trabajo. También se debe de calcular el valor del calor absorbido por el vapor y sumarse al calor absorbido en la caldera, en el economizador y en sobre calentador.

Para calcular la eficiencia de la caldera se usa la siguiente ecuación:

[pic 1]

Condensadores

Los condensadores o intercambiadores de calor son ubicados en la salida de las turbinas de vapor con el objetivo de:

-Producir en la salida de la turbina un vacío que se necesita para lograr un cambio positivo del consumo de calor en la planta.

-Para condensar el escape de la turbina de vapor y después ser reusado en el ciclo cerrado

-Sacar el aire al condensado.

Los factores de diseño que se deben considerar son los siguientes:

Para condensadores pequeños los tubos se diseñan de forma cilíndrica. Para condensadores grandes se emplean tubos de forma rectangular para mejorar el uso del espacio. La salida se coloca en la parte de abajo del condensador y en la parte superior la entrada del condensado.

Para la selección de tubos en cuanto a su material se usa generalmente una aleación de cobre al 88%, estaño al 10% y de zinc al 2% para condensadores de agua dulce. Para agua salada se usa una aleación de cobre al 90% y níquel al 10%

La velocidad con la que entra el condesando puede provocar vibraciones, para evitar este tipo de vibraciones es necesario colocar el número soportes suficientes para fijar el condensador.

Los tubos a usar deben de tener una resistencia que puede aguantar las presiones de los volúmenes elevados que puedan llegar en el arranque de un ciclo.

Los cálculos para una manera sencilla para medidas y funcionamiento son los siguientes:

[pic 2][pic 3]

[pic 4]

Tipos de condensadores

Los condensadores se dividen en:

→Condensadores enfriados de aire:

Lugares donde no se puede dar un tratamiento adecuado al agua y para minimizar el número de piezas. Pueden ser fabricados en módulos para facilitar su transporte. Su limitación es para plantas por debajo de los 1000 kW. El vapor se condensa al interior de los tubos, al circular el aire por la superficie exterior. El aire se da por ventiladores. Su material más común para construcción es el aluminio.

→Condensados de contacto directo

Son efectivos para:

-Inversiones bajas

-La recuperación del condensado no es un factor importante.

Pueden ser de tres tipos:

1. Barométrico: el agua de enfriamiento y el vapor circulan en sentidos contrarios. Usando agua más fría para la condensación final. Tiene un tubo de aspiración para crear el vacío y succionar el vapor.

2. Nivel Bajo: se usan en lugar de la bomba para obtener la columna de agua del condensador barométrico y remover el líquido del vacío.

3. De chorro. Se usa para transportar los productos no condensados y evitar una bomba separadora de aire.

...