Calderas O Generadores De Vapor

CALDERAS O GENERADORES DE VAPOR

INTRODUCCION

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria.

Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas encontramos la baja velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por Kw. de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura.

Dentro de los diferentes tipos de calderas se han construido calderas para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros. Vemos una caldera multi"humotubular con haz de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir los gases de combustión caliente, pasan

por el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos.

DEFINICIONES:

CALDERA: recipiente metálico en el que se genera vapor a presión mediante la acción de calor.

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 diferenta al de la atmósfera.

MANOMETRO: el instrumento destinado a medir la presión efectiva producida por el vapor en el interior de la caldera.

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 conveccion (gases-aguas). Esta constitutita por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

Accesorios para el funcionamiento seguro

Las calderas deben poseer una serie de accesorios que permitan su utilización en forma segura, los que son:

• Accesorios de observación: dos indicadores de nivel de agua y uno o más manómetros. En el caso de los manómetros estos deberán indicar con una línea roja indeleble la presión máxima de la caldera.

• Accesorios de seguridad: válvula de seguridad, sistema de alarma, sellos o puertas de alivio de sobre presión en el hogar y tapón fusible (en algunos casos). El sistema de alarma, acústica o visual, se debe activar cuando el nivel de agua llegue al mínimo, y además deberá detener el sistema de combustión.

Las calderas de vapor, básicamente constan de 2 partes principales:

Cámara de agua:

Recibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera.

El nivel de agua se fija en su fabricación, de tal manera que sobrepase en unos 15 cms por lo menos a los tubos o conductos de humo superiores.

Con esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua.

Según la razón que existe entre la capacidad de la cámara de agua y la superficie de calefacción, se distinguen calderas de gran volumen, mediano y pequeño volumen de agua.

Las calderas de gran volumen de agua son las más sencillas y de construcción antigua.

Se componen de uno a dos cilindros unidos entre sí y tienen una capacidad superior a 150 H de agua por cada m2 de superficie de calefacción.

Las calderas de mediano volumen de agua están provistas de varios tubos de humo y también de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la superficie de calefacción, sin aumentar el volumen total del agua.

Las calderas de pequeño volumen de agua están formadas por numerosos tubos de agua de pequeño diámetro, con los cuales se aumenta considerablemente la superficie de calefacción.

Como características importantes podemos considerar que las calderas de gran volumen de agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión del vapor y el nivel del agua, pero tienen el defecto de ser muy lentas en el encendido, y debido a su reducida superficie producen poco vapor. Son muy peligrosas en caso de explosión y poco económicas.

Por otro lado, la caldera de pequeño volumen de agua, por su gran superficie de calefacción, son muy rápidas en la producción de vapor, tienen muy buen rendimiento y producen grandes cantidades de vapor. Debido a esto requieren especial cuidado en la alimentación del agua y regulación del fuego, pues de faltarles alimentación, pueden secarse y quemarse en breves minutos.

Cámara de vapor.

Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en ella debe separarse el vapor del agua que lleve una suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente también la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor.

CLASIFICACIONES:

Existen varias formas de clasificación de calderas, entre las que se pueden señalar:

1.-Según la presión de trabajo:

• Baja presión : de 0 - 2.5 Kg./cm2

• Media presión : de 2.5 - 10 Kg./cm2

• Alta presión : de 10 - 220 Kg./cm2

• Supercríticas : mas de 220 Kg./cm2.

2.-Según se generación:

• De agua caliente

• De vapor: -saturado (humedo o seco)

• -recalentado.

3.-Según la circulación de agua dentro de la caldera:

• Circulación natural: el agua se mueve por efecto térmico

• Circulación forzada: el agua se hace circular mediante bombas.

4.-Según la circulación del agua y los gases calientes en la zona de tubos de las calderas. Según esto se tienen 2 tipos generales de calderas:

• Pirotubulares o de tubos de humo.

En estas caderas los humos pasan por dentro de los tubos cediendo su calor al agua que los rodea.

• Acuotubulares o de tubos de agua.

El agua circula por dentro de los tubos, captando calor de los gases calientes que pasan por el exterior. Permiten generar grandes cantidades de vapor sobrecalentado a alta presión y alta temperatura, se usa en plantas térmicas para generar potencia mediante turbinas.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE CALDERAS PIROTUBULARES

Básicamente son recipientes metálicos, comúnmente de acero, de forma cilíndrica o semicilíndrica, atravesados por grupos de tubos por cuyo interior circulan los gases de combustión.

Por problemas de resistencia de materiales, su tamaño es limitado. Sus dimensiones alcanzan a 5 mts de diámetro y 10 mts. de largo. Se construyen para Flujos máximos de 20.000 Kg./h de vapor y sus presiones de trabajo no superan los 18 Kg./cm2.

Pueden producir agua caliente o vapor saturado. En el primer caso se les instala un estanque de expansión que permite absorber las dilataciones de agua. En el caso de vapor poseen un nivel de agua a 10 o 20 cm. sobre los tubos superiores.

Entre sus características se pueden mencionar:

• Sencillez de construcción.

• Facilidad de inspección, reparación y limpieza.

• Gran peso.

• Lenta puesta en marcha.

• Gran peligro en caso de explosión o ruptura debido al gran volumen de agua almacenada.

CALDERA PIROTUBULAR

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LAS CALDERAS ACUOTUBULARES

Se componen por uno o más cilindros que almacenan el agua y vapor (colectores) unidos por tubos de pequeño diámetro por cuyo interior circula el agua.

Estas calderas son apropiadas cuando el requerimiento de vapor, en cantidad y calidad son altos.

Se construyen para capacidades mayores a 5.000 Kg./h de vapor (5 ton/h) con valores máximos en la actualidad de 2.000 ton/h. Permiten obtener vapor a temperaturas del orden de 550º C y presiones de 200kg/cm2 o más.

CALDERAS ACUOTUBULARES

Partes principales que componen una caldera:

1.- HOGAR: Fogón o caja de fuego y corresponde a la parte en que se quema el combustible. Se divide en puerta del hogar y cenicero

Las calderas pueden instalarse con Hogares para combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, todo dependerá del proyecto del equipo y de la selección del combustible a utilizar.

2.- Emparrillado: tiene por objeto servir de sostén al lecho de combustible y permitir el paso del aire para la combustión.

3.- Altar: Es un muro de ladrillo refractario que descanse en una estructura metálica que va a continuación de la parrilla.

4.- Conductos de humo: es aquella parte de la caldera por donde circulan los humos o los gases calientes que se han producido en la combustión.

5.- Cajas de humo: Corresponde al espacio de la caldera que desempeña la función de caja colectora

...