UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Calderos Acuotubulares CURSO : Balance de Materia y Energía PROFESOR : ING. JACK ZAVALETA ORTIZ. ALUMNOS : Valle Asto, Rocío. Zavaleta Cornejo, Sandra. GRUPO DE HORARIO: 02 Q GRUPO: 15 SEMESTRE : 2007 A Bellavista Callao 2007 Balance de materia y energía 1 de 18

2 CALDERO ACUOTUBULAR Qué Es Un Caldero? 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. Una Caldera es un dispositivo cuya función principal es calentar agua. Cuando supera la temperatura de ebullición, genera vapor. El vapor es generado por la absorción de calor producido de la combustión del combustible. La caldera se encarga de absorber el calor proveniente de las áreas del economizador, el horno, el supe calentador y el vapor recalentado. Las calderas pueden ser eléctricas, a gasóleo o combustible diesel, a gas natural, gas butano, etcétera. Las calderas pequeñas, exclusivamente para agua caliente sanitaria, se suelen conocer como calentadores (ej. para emplear en la ducha, en el fregadero de la cocina, etc.). Se conoce como caldera de vapor a aquella unidad en la cual se puede cambiar el estado del fluido de trabajo (agua) de líquido a vapor de agua, en un proceso a presión constante y controlado, mediante la transferencia de calor de un combustible que es quemado en una cámara conocida como "hogar". En algunos casos se puede llevar hasta un estado de vapor sobrecalentado. Balance de materia y energía 2 de 18

3 Clasificación de las Calderas Uso Móviles Estacionarias Presión De Mínima Presión De Baja Presión De Generación De Fuerza Materiales De Que Están Construidas Contenido De Los Tubos Calderas de tubos de humo o pirotubulares Calderas acuotubulares Forma Y Posición De Los Tubos Fuente De Calor Y Combustión Sistema De Circulación Circulación Normal Circulación Forzada Posición Del Hogar Tipo De Fogón Forma General Tipos de Calderas Calderas de acero. Calderas del tipo igneotubulares o de tubos de humo Calderas del tipo acuotubular o de tubos de agua Calderas horizontales de tubos rectos. Calderas de tubos curvados de circulación normal y forzada. Calderas de cuerpo de acero. Calderas de hierro colada. Calderas de diseño especial. CALDEROS ACUOTUBULARES Balance de materia y energía 3 de 18

4 Las calderas acuotubulares son idóneas para todos aquellos procesos industriales en los que se requieran altas presiones de vapor, grandes producciones de vapor o ambas condiciones a la vez. En la gama de de calderos existe: Las calderas acuotubulares modelo CIT con configuración en delta, de tres pasos de humos con paredes de agua y la tabiquería exterior refractaria La caldera se compone de dos colectores o domos a los que van a conectar todos los tubos de la caldera, con dos o más columnas de circulación natural, según sea el tamaño de la caldera. La configuración de la caldera es de hogar de pared de tubos y retorno en la parte posterior del hogar, para pasar al segundo pasó y giro en la parte anterior para entrar en el tercer pasó de humos y de ahí la salida a la chimenea. Según el tamaño de la caldera llevará uno o dos quemadores, con sus correspondientes rampas de combustible y maniobra eléctrica independiente, teniendo la maniobra de control de potencia de llama, tipo cascada para aprovechar al máximo las inercias térmicas. Estas calderas por su configuración y diseño, nos permiten alcanzar presiones altas, que de otro modo sería muy difícil conseguir por la legislación vigente sobre diseño de caldera, éstas pueden alcanzar los 45 Kg/cm². Caldero acuotubular Balance de materia y energía 4 de 18

5 Balance de materia y energía 5 de 18

6 Descripción del caldero acuotubular Los tubos de agua se unen y conforman para formar el recinto del hogar, llamados paredes de agua. El recinto posee abertura para los quemadores y salidas de gases de combustión. La circulación del agua puede ser natural, debido a la diferencia de densidad entre agua fría y agua caliente. El agua en ebullición se acumula en un recipiente llamado domo donde se separar el vapor de agua. Caldero Acuotubular de 2 pasos de humos y circulación natural (shield) 1. Cuerpo cilíndrico 2. Salida de vapor 3. Toma del vapor (antiespumante) 4. Válvula de seguridad 5. Indicador de nivel 6. Entrada de hambre 7. Hombre 8. Tabique deflectores 9. Colectores 10.Salida hacia la chimenea Balance de materia y energía 6 de 18

7 Estas calderas son económicas por la ausencia de las bombas del líquido pero de bajo producción de vapor por la baja velocidad de circulación de agua. Para obtener mayores caudales de vapor y mayores presiones se utilizan bombas de alimentación de de agua, pudiendo operarse incluso por encima del punto crítico de la campana de vapor (21.7 Mpa = 220atm) Si se añade una bomba de recirculación, para mover rápidamente el agua en los tubos evaporadores, y un domo para separar el vapor se tiene el tipo Lamont. Caldera tipo Benson (shield) 1. Bomba de alimentación. 2. Economizador. 3. Cámara de combustión. 4. Evaporador residual. 5. Recalentador. 6. Salida de vapor. 7. Ventilador. 8. Calentador de aire. 9. Quemador. 10.Ingreso de combustible. Balance de materia y energía 7 de 18

8 En las calderas acuotubulares, por el interior de los tubos pasa agua o vapor, y los gases calientes se hallan en contacto por la superficie externa de aquellos encontraste con el tipo pirotubular. Las calderas acuotubulares son empleadas casi exclusivamente cuando interesa obtener elevadas presiones y rendimiento, debido a los esfuerzos desarrollados por los tubos por alta presión son de tracción en vez de compresión, como ocurre en los pirotubulares. Este tipo de calderas puede quemar gas o carbón. La circulación es excelente debido a que el agua y vapor suben verticalmente por el interior de los tubos. Los tubos denominados de circulación envían el agua desde la parte posterior de la caldera al colector inferior. Los tubos verticales absorben el calor irradiado y al mismo tiempo protegen el revestimiento refractario. Balance de materia y energía 8 de 18

9 Balance de materia y energía 9 de 18

10 Balance de materia y energía 10 de 18

11 CLASIFICAN DE CALDERAS ACUOTUBULARES 1) Compactas (Hogar integral pequeño y Hogar integral grande) 2) No Compactas (Tubo recto y Tubo curvo) 3) Alta presión y temperatura 4) Lecho fluidizado (Burbujeante, Circulante, Presurizado) Variables importantes en las calderas de vapor: Agua de alimentación, vapor producido, vapor de atomización y purga Temperatura (ºC) Presión (kg/cm 2 ) Flujo (ton/h) Tipo(s) Temperatura(ºC) Presión (kg/cm 2 ) Flujo (ton/h) Densidad Relativa Poder(es) calorífico(s) superior(es) (kj/kg) Capacidad(es) calorífica(s) (kj/kgºc) Composición (% en mol y % en peso) Gases de Combustión Temperatura (ºC) Balance de materia y energía 11 de 18

12 Contenido de oxígeno (% en volumen) Contenido de bióxido de carbono (% en volumen) Contenido de monóxido de carbono (ppm) Características La parte inferior del hogar está libre respecto al cuerpo a presión. Bajo el haz convector, la recogida de cenizas es fácil. Mantiene una gran inercia térmica en todo el hogar a radiación. Accesibilidad a todas las partes del generador. Facilidad de acoplamiento de sobre calentador. Todo el circuito de gases está sometido a una mínima depresión. Limpieza de circuito de gases automática. Facilidad de combustión de diferentes combustibles sólidos. Facilidad de combustión mixta para Biomasa-Combustibles convencionales. Calderas acuotubulares de tipo compacto Portablock cuyas principales características son: Paredes de agua membranadas. Construcción estanca a los gases de combustión y a la penetración de aire secundario. Reducción al mínimo del refractario a instalar, al estar todas las superficies refrigeradas. Optimo diseño de la cámara de combustión adaptado a la forma natural de la llama. Máxima facilidad de inspección y mantenimiento respecto a otros diseños de acuotubulares. Balance de materia y energía 12 de 18

13 Reducción de los trabajos de montaje al mínimo al suministrarse los componentes pre montados en el taller. AGUA DE ALIMENTACIÓN A LA CALDERA El agua para la caldera se almacena usualmente en un tanque "de relleno o reposición" de manera que se tenga disponible un volumen de agua suficiente para demandas mayores a las acostumbradas. Se mantiene un nivel constante por medio de una válvula flotadora similar en principio al flotador en el tanque de un sanitario. Una bomba de alta presión saca el agua del tanque de relleno y la vacía en la caldera. Debido a que la mayoría de las calderas operan a presiones más altas que las del suministro de agua, la bomba debe elevar la presión del agua de alimentación un poco por encima de la presión de operación de la caldera. El vapor limpio es agua pura en forma de gas. Cuando se enfría y se condensa es agua pura y se le denomina "condensado". A medida que se condensa en agua contiene considerable calor, el cual puede ser utilizado. Es un agua de relleno o de alimentación casi perfecta, ya que ha sido despojada de minerales disueltos y materia extraña en el proceso de evaporación. Siempre que es posible, el condensado es regresado a la caldera y recolectado en un tanque denominado "receptor o tanque de condensado". Cuando se recupera el condensado, el receptor puede también desempeñar la función de tanque de relleno. En algunas instalaciones, el retorno del condensado puede suministrar tanto como el 99% del agua de alimentación y mientras más alto sea el porcentaje de condensado, se requiere menos tratamiento de agua. Otras instalaciones pueden requerir del 100% de reposición si por alguna razón el condensado no puede ser recuperado o si está muy contaminado. Balance de materia y energía 13 de 18

14 PRESIONES DE LA CALDERA La temperatura y la presión a las cuales opera una caldera tienen una relación definida, según se muestra en la siguiente tabla: PUNTO DE EBULLICIÓN DEL AGUA A DIFERENTES PRESIONES TEMPERATURA PRESIÓN A presión atmosférica normal, el agua hierve a 100 o C (212 o F); a presiones más altas se incrementa el punto de ebullición, alcanzando un máximo de 374 o C (705 o F) a una presión de 225 kg/cm 2 (3200 psi). Arriba de esta temperatura el agua no puede existir como un líquido. Aplicaciones Servicios a baja temperatura (menor a 37ºC) Control de la temperatura de proceso Conservación de energía Uso y aplicación: Protección al personal Anti condensación Aislamiento innecesario Balance de materia y energía 14 de 18

15 Esquema de ciclo combinado Balance de materia y energía 15 de 18

16 Balance de materia y energía 16 de 18

17 Funcionamiento de caldera Balance de materia y energía 17 de 18

18 Sala completa de una caldera acuotubular Balance de materia y energía 18 de 18

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