Las calderas

INDICE

Pág.

Introducción 3

Objetivos de la Experiencia 4

Marco Teórico 5

Metodología utilizada 7

Tipos de combustibles 8

Combustibles Sólidos 9

Combustibles Líquidos 11

Combustibles Gaseosos 13

Pellets 16

Conclusión 18

Bibliografía 19

INTRODUCCION

Las calderas son muy importantes en muchas industrias por sus amplias aplicaciones, es por esto que debemos conocer de qué se tratan. Las calderas o también llamadas generadores de vapor son instalaciones industriales que utilizan el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, para vaporizar el agua produciendo elevadas temperaturas. En esta experiencia veremos sus características, sus aplicaciones y riesgos.

Al comprender sus características, funcionamiento y uso seremos capaz de identificar que caldera es utilizable en los diversos rubros industriales.

En particular analizaremos los tipos de combustibles utilizados en calderas, las ventajas y desventajas que presenta cada uno de ellos. Veremos cual de ellos contamina más el medio ambiente, como también el más económico y otras variables.

OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA

Objetivos Generales:

Realizar el estudio de las calderas desde un punto de vista descriptivo, analizando los diversos tipos, ventajas e inconvenientes, e indicando las características particulares de cada una.

Objetivos Específicos:

• Definir un criterio de decisión para decidir sobre la caldera más conveniente o el diseño más lógico para un determinado requerimiento.

• Observar en terreno los equipos y componentes de un generador de vapor, determinándose los parámetros que deben ser controlados y las mediciones que deben ser efectuadas.

• Asimilar acerca de la mantención, operación y seguridad de calderas, de acuerdo al Decreto Nº48 del MINSAL, 1984.

• Analizar los diversos tipos de combustibles utilizados en calderas, viendo sus ventajas y desventajas de cada uno.

MARCO TEORICO

Para poder comprender de mejor manera la experiencia, se deberá manejar determinados términos.

¿Qué es una caldera?

Es una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Las calderas son un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

¿Cuál es su aplicación?

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:

• Esterilización (tindarización), es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos.

• Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petroles pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.

• Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.

Principales tipos de Calderas

Aunque existen numerosos diseños y patentes de fabricación de calderas, cada una de las cuales puede tener características propias, las calderas se pueden clasificar en dos grandes grupos; calderas pirotubulares y acuatubulares, algunas de cuyas características se indican a continuación.

Acuotubulares:

Son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza a través de tubos longitudinales durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida, y gran capacidad de generación.

Pirotubulares:

En este tipo el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula gases a alta temperatura producto de un proceso de combustión.

METODOLOGÍA UTILIZADA

En la experiencia se realizo las siguientes actividades:

1. Una breve descripción de los generadores de vapor y sus componentes, incluyendo la clasificación, normas de mantención y seguridad.

2. Una demostración en terreno del funcionamiento de una caldera, observando en detalle sus dispositivos y pasos importantes para encender y mantener una caldera.

3. Desarrollo de preguntas

Que es el vapor flash

Un aumento súbito en la demanda origina un fenómeno llamado “Vapor Flash” debido a una repentina disminución de la presión dentro de la caldera, bajando rápidamente el nivel real del agua de la caldera, por lo que los sistemas de alimentación deben de estar preparados para mantener dentro de los límites el nivel de agua. Después de este fenómeno, la caldera trabajara a un nivel de exigencia mucho menor, ya que contendrá una gran parte de agua bajo la temperatura de saturación, hasta que nuevamente la caldera llegue a sus niveles de producción normales.

Controles de Caldera

Controlar el nivel de la caldera tiene dos objetivos principales:

• Seguridad al evitar que los tubos internos (por donde pasan los gases calientes) queden expuestos por un nivel bajo de agua, con la consecuente alza de temperatura y presión, pudiendo llegar a producirse una explosión.

• Eficiencia al evitar que se arrastre agua junto con el vapor que se toma para el proceso, por un nivel muy alto de agua.

Por Ley (norma chilena) toda caldera debe poseer un indicador de nivel visual en el exterior, adosado a una botella comunicante con el interior de la caldera. Este indicador no muestra un nivel totalmente real respecto al interior de la botella. Esta situación se da ya que al interior de la caldera, debido al proceso de ebullición permanente, las burbujas de vapor que se forman ocupan un volumen, elevando así, en cierta medida, el nivel adentro de la caldera. El visor externo no mide estas burbujas e indica un nivel libre de turbulencias, por ende, algo más bajo que el real.

FIGURA 1: Indicador de nivel visual (botella visor) para calderas

Controles On-Off (abierto-cerrado)

Muchas calderas (especialmente las de bajas capacidades) utilizan un sensor anexo tipo flotador, que funciona como un indicador On-Off que muestra si el agua está en un nivel alto o bajo, aunque no marca niveles intermedios. Este tipo de señal está pensada para un control directo sobre la bomba de ingreso de agua, encendiéndola (cuando el nivel es bajo) o apagándola (cuando el nivel está alto). Es un control sencillo y directo.

Los controles tipo On-Off son recomendados para calderas de baja capacidad y de consumo relativamente constante, siendo principalmente utilizados para las calderas de soporte que trabajan en espera (stand by).

Otros sensores ampliamente utilizados para este tipo de control, son las sondas de nivel tipo conductivo. El principio de funcionamiento se basa en una varilla metálica de largo conocido que, en contacto con agua, cierra el circuito eléctrico con la caldera, generando una tensión que puede ser medida por un controlador. Es un sistema directo que manda señal sólo cuando se cierra el circuito. El largo de las varillas de esta sonda corresponde al nivel indicado por cada una de ellas.

Lamentablemente el problema del uso de un control On-Off reside principalmente en la tasa de producción de vapor. Al ingresar “agua fría” en gran cantidad a la caldera por este sistema, se detiene la evaporación, ya que ahora la energía se debe centrar en subir la temperatura del agua antes de reiniciar el proceso de ebullición. Un resultado de esto es la producción inestable y errática de vapor para el proceso.

FIGURA 2: Sonda de nivel conductiva y efecto en la tasa de producción de vapor

Controles Modulados o Proporcionales

Otra alternativa de control para el nivel de agua en calderas es el que ofrecen las sondas de tipo capacitivo, quienes entregan un control tipo proporcional (modulado), con el cual se puede controlar eficientemente, y en todo momento, el nivel de agua.

Esto se logra gracias a que esta sonda puede captar, en todo su largo, los diferentes niveles que se presentan al interior de la caldera en “tiempo real”. El funcionamiento de

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