Calderas

CALDERAS

JORGE VALENCIA BETANCOURT

UNIVERSIDAD DEL CAUCA

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

POPAYAN

2012

CALDERA

Una caldera o generador de vapor es una máquina térmica que produce vapor a una presión mayor que la atmosférica. A la máquina le entra una energía (aire –combustible) la cual se transfiere a una sustancia de trabajo (frecuentemente agua) efectuándose el proceso de evaporación, cuyo mecanismo de transferencia de calor depende del tipo de Caldera. Las calderas de vapor, constan básicamente de 2 partes principales:

CÁMARA DE AGUA

Es 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 15cm por lo menos a los tubos o conductos de humo superiores. 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.

CÁMARA DE VAPOR

Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, el cual debe ser separado del agua en 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.

CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS

Por la disposición de los fluidos, las calderas se clasifican generalmente, como calderas de tubos de humo (pirotubulares) o de tubos de agua (acuotubulares).

CALDERAS PIROTUBULARES

En esta caldera la llama y los productos de la combustión pasan a través de los tubos y el agua caliente rodea el hogar interno y los bancos de tubos. Manejan presiones de operación de 0-20 bares (0-300 PSIG).

Ventajas:

Menor costo inicial debido a la simplicidad de su diseño, mayor flexibilidad de operación, menores exigencias de pureza en el agua de alimentación, son pequeñas y eficientes.

Desventajas:

Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento, no se deben usar para altas presiones

Las calderas pirotubulares o de depósito como también se llaman, generalmente son de forma cilíndrica y tienen una cámara de combustión con una relación mínima entre la longitud y el diámetro de 3:1

Estas calderas se pueden subdividir en: de un solo paso o de múltiples pasos.

Calderas Pirotubulares de un paso.

Estas calderas tienen un conjunto de tubos de humo que las atraviesan desde el principio hasta el final, con los quemadores al principio y la chimenea al final de estos, los tubos pueden ser colocados en la cámara de la caldera en forma vertical u horizontal. Los quemadores van montados dentro de cada tubo y normalmente en las calderas horizontales el tiro es forzado y en las verticales el tiro es natural. Estas calderas son diseñadas para quemadores de gas y tienen una producción de vapor de 36 Kg/h hasta 360 Kg/h. Las calderas verticales son comúnmente usadas para tintorería y en la fabricación de prendas de vestir.

Calderas Pirotubulares de múltiples pasos.

Esta caldera usualmente tiene una sola cámara para la combustión principal, con un conjunto de tubos por donde pasan los gases calientes, tanto por el frente como por la parte de atrás de esta. El rendimiento térmico de este tipo de caldera generalmente es cerca de 73 –77%.

CALDERAS DE AGUA O ACUOTUBULARES

En este tipo de unidad, los productos de la combustión rodean a los bancos de tubos y el agua circula por el interior de dichos tubos. Manejan presiones de operación de0-150 bares (0-2200 PSIG)

Ventajas:

Pueden ser puestas en marcha rápidamente y trabajan a 300 PSI o más.

Desventajas:

Mayor tamaño y peso, mayor costo, debe ser alimentada con agua de gran pureza.

Estas son las grandes calderas de alta presión utilizadas para la generación de energía en la industria. Los gases calientes de los quemadores pasan alrededor de los bancos de tubos verticales que contienen el agua. Las calderas son de forma rectangular y los tubos están conectados a un tambor de agua en la parte inferior y aun colector de vapor en la parte superior. Normalmente hay un sobre calentador por encima de la cámara principal de combustión. Los productos son por lo general por encima de 20.000 kg/h. Debido a factores económicos, las calderas trabajan con carbón pulverizado o petróleo. Algunas han sido convertidas a gas, también pueden trabajar con dos quemadores de combustible.

COMBUSTION

Las calderas industriales proporcionan energía en forma de calor, y para conseguir esto se necesita un proceso llamado combustión. A la hora de llevarlo a cabo, hay que elegir con mucho cuidado el combustible, la presión a la que va a estar sometida. Definimos la Combustión como una reacción química rápida exotérmica en la que se realiza la oxidación de una sustancia y la reducción de otra. Las temperaturas de combustión oscilan entre 1000 ºC y 1650 ºC. Para que se produzca la combustión es necesario que haya tres elementos fundamentales:

Comburente: es la sustancia que se reduce. El comburente más habitual es el oxígeno contenido en el aire atmosférico.

Combustible: la sustancia que se oxida, es decir, el elemento que se quema. Los más habituales son C, H, O y a veces, N y S.

Temperatura de ignición: debe ser lo suficientemente elevada como para producir el encendido

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