Antologia De Generadores Y Maquinas De Vapor

¿Qué es una caldera?

La caldera es el elemento encargado de generar la energía potencial para uso en equipos con turbinas y maquinas alternativas de vapor con que cuentan los buques. Recipiente metálico en el que se genera vapor a presión mediante la acción de calor.

¿Qué es un generador de Vapor?

Es el conjunto o sistema formado por una caldera y sus accesorios, destinados a transformar un líquido en vapor, a temperatura y presión diferente al de la atmósfera.

Objetivos:

Las calderas o generadores a vapor son equipos cuyo objetivo es:

- Generar agua caliente para calefacción y uso general, o

- Generar vapor para planta de fuerza, procesos industriales o calefacción.

Funcionamiento:

Funcionan mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente metálico. En toda caldera se distinguen dos zonas importantes:

Zona de liberación de calor o cámara de combustión:

Es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser Interior o exterior con respecto al recipiente metálico.

- Interior:

La cámara de combustión se encuentra dentro del recipiente metálico o rodeado de paredes refrigeradas por agua.

- Exterior:

cámara de combustión constituida fuera del recipiente metálico.

Está parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua.

La transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiación (llama-agua).

- Zona de tubos:

Es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por convección (gases-aguas). Esta constituidad por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS

La principal clasificación de las calderas es de acuerdo a la posición reactiva ocupada por el agua y por los gases de combustión pueden ser: fumitubulares y acuatubulares.

Las demás clasificaciones están basadas en la anterior clasificación y son:

*Según la intensidad de vaporización, de vaporización lenta y vaporización rápida.

*De acuerdo al movimiento de los gases de combustión en : de llama directa y de llama de retorno.

*Según el combustible que quemen en: de carbón, de petróleo, mixtas y atómicas.

*Atendiendo al uso al que se destine en: marinas, locomotoras y terrestres.

*Según la fijeza o posición de movilidad en: fijas, semifijas y locomóviles.

*De acuerdo a la presión de trabajo en: baja presión, media presión y alta presión.

CALDERAS PIRÓTUBULARES

Como su nombre lo dice, estas calderas son de tubo de humos los cuales son rectos y por el exterior están rodeados por agua. (Caldera cilíndrica escocesa)

Caldera pirotubular de un solo paso

Una manera de lograr esto era dirigir los gases de la combustión dentro del recipiente o casco de la caldera. Este diseño dio origen a las calderas pirotubulares. Este nombre se debe a que en ellas e! calor es transferido desde los gases de combustión, que fluyen por el interior de los tubos, a el agua que los rodea.

El combustible es normalmente quemado debajo del casco y los gases son orientados a entrar en los tubos que se hallan en el interior del tambor de agua, haciendo su recorrido en tres o más pasos. El vapor sale por la parte superior del tambor y la entrada de agua está generalmente 2" por encima de la huera de

tubos más alta.

Las altas presiones son una de las mayores limitantes de estas calderas. La fuerza que se ejerce a lo largo del tambor es dos veces la fuerza que se ejerce alrededor de la circunferencia. De lo anterior se deduce que para altas presiones y mayores capacidades se necesitarían paredes extremadamente gruesas, lo que las hace antieconómicas.

Aunque su gran capacidad de almacenamiento de agua le da habilidad para amortiguar el efecto de amplias y repentinas variaciones de carga, este mismo detalle hace que el tiempo requerido para llegar a la presión de operación desde

un arranque en frío sea considerablemente más largo que para una caldera acuotubular. Una presión de 250 psig y una producción hasta de 25.000 Ibs/hora son considerados los topes prácticos para este tipo de calderas. Sin embargo, en Europa se construyen unidades de hasta 30.000 Ibs/hora de producción. Esto las hace recomendables para servicios donde la demanda de vapor sea relativamente pequeña y no se requiera su aplicación en turbinas.

Las calderas pirotubulares se desarrollaron principalmente en dos modelos: De retorno horizontal y de horno interno o tipo escocés.

CALDERAS ACUATUBULARES

En estas calderas los tubos contienen en sus interiores vapor o el agua, mientras que el fuego y los gases de la combustión pasan por el exterior de los mismos. Los tubos generalmente van unidos a uno o más colectores (tambores)

Los colectores van colocados horizontalmente por lo regular (caldera BABCOCK Y WILCOX).

CALDERAS DE GASES DE ESCAPE.

Algunos buques tienen montados en los escapes de los motores de combustión interna estas calderas las cuales aprovechan la temperatura de los gases de escape de los mencionados motores, para elevar la temperatura del agua de alimentación produciendo vapor y que comunicada con la caldera principal reduce los encendidos de esta, por tal motivo también suele llamársele economizador.

CALDERAS DE TUBOS DOBLADOS.

Este diseño ofrece mayor flexibilidad pues donde la altura libre es limitada la caldera puede hacerse ancha y baja, o puede ser alta y estrecha en los sitios donde la limitante sea la amplitud. Los principales

elementos de una caldera de este tipo son esencialmente drums o tambores conectados por tubos doblados. Las primeras unidades fueron de 4 tambores y, aunque este era un diseño bastante aceptable, fue mejorado por el de 3 y más tarde por el de 2 tambores. Ver figura

Algunas ventajas que estas calderas muestran sobre las de tipo horizontal son las siguientes:

Respuesta rápida a fluctuaciones de carga.

Gran economía en la fabricación y operación.

Mayor accesibilidad para limpieza y mantenimiento.

Producción de un vapor de mejor calidad.

Capacidad para trabajara ratas de evaporación mucho más altas.

CALDERAS DE TUBOS DOBLADOS Y PAREDES DE AGUA.

Cuando se necesitaron calderas de mayor capacidad se hizo necesario aumentar el tamaño de los hornos lo que incremento fa temperatura en ellos. Esto trajo como consecuencia un excesivo mantenimiento en el refractario del horno, especialmente cuando se quemaba carbón. Las más altas temperaturas de gases incrementaron el ensuciamiento de las superficies de transferencias.

En sus esfuerzos por producir calderas más eficientes y económicas los diseñadores desarrollaron un horno, virtualmente rodeado por una superficie de transferencia en forma de paredes. Estas paredes están constituidas por bancos de tubos y se llaman paredes de agua o paredes de tubos de agua y además de evitar las excesivas temperaturas por ensuciamiento aumentan la capacidad de generación. A partir de la aparición de lag calderas con paredes de agua, los diseños se estandarizaron en tres tipos básicos: Calderas tipo A, tipo O y tipo D.

Calderas Tipo A. Consisten de un tambor de vapor y dos tambores de lodos arreglados de forma que asemejan una A con el tambor de vapor en el vértice y los tambores de lodos en el fondo. Ver figura

Calderas Tipo O. Constan de un tambor de vapor localizado directamente encima del tambor de lodos pero ambos se encuentran en el centro de la caldera y los tubos que los unen asemejan una O.

Calderas Tipo D. El tambor de vapor está directamente encima del tambor de Iodos pero hacia un lado del horno y una serie de tubos une !os tambores verticalmente. El resto de tubos se extiende horizontalmente desde los tambores de vapor y lodos hasta las paredes del horno donde se convierten en

tubos de pared de agua.

CALDERA DE DOBLE EVAPORACIÓN.

SISTEMA PRIMARIO

Este sistema consiste de un colector de vapor y un colector de agua, interconectados por tubos generadores y tubos descendentes, los tubos de vapor y condensado están soldados al tambor de vapor y a los cabezales de evaporación , creando así un sistema a prueba de fugas . el hogar tiene la forma y tamaño adecuado para quemar combustóleo y las superficies de calefacción están en contacto directo con el fuego y los gases que se generan en el horno.

El vapor del sistema primario es llevado desde el domo del primario a través de los tubos de vapor a los elementos (serpentines) de evaporación colocados en el domo del sistema secundario.

La transferencia del calor del vapor del primario, al agua del domo del secundario requiere una cierta diferencia en la temperatura, la presión del primario debe ser mas alta que el secundario. el condensado del vapor primario retorna al colector del mismo sistema a través del tubo descendente, de tal forma que la misma agua del circuito cerrado permanecerá limpia y libre de aire durante la operación,

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