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• Erick Hernandez

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5.-EQUIPOS AUXILIARES

Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica Especialidad en Ingeniería Electromecánica. Ingeniero: Guadalupe Diantes Jerez. Unidad 5: Equipos Auxiliares Nombre del alumno: TLAPA JUAREZ FIDEL EDUARDO Nº CONTROL: 156P0370 Grado y Grupo: “6 C” Turno: Vespertino

Observaciones:

Fecha: 10/Junio/2018

INTRODUCCION Los equipos auxiliares son herramientas que complementan a los equipos térmicos según las necesidades. Dispositivos que colocados en partes críticas de las maquinas permiten vigilar y controlar el buen funcionamiento de los mismos. Son aquellos que complementan las calderas permitiendo su correcto funcionamiento. Normalmente se instalan en una zona próxima a las calderas y, con frecuencia, dentro de una sala que se denomina central térmica o sala de calderas. Tienen por finalidad permitir el funcionamiento armónico de la caldera, aumentar su eficiencia y aumentar el grado de seguridad en su funcionamiento.

5.1 VALVULAS Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta más de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia. La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una sección de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo.

Válvula de control. La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.

Partes de la válvula de control. Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo. Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte tal como se muestra en la figura (1-a.). Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lb/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lb/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera. Cuerpo de la válvula: este está provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador.

Categorías de válvulas. Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio). Válvulas de compuerta. La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento Recomendada para servicios con apertura total o cierre total, sin estrangulación. Para uso poco frecuente. Para resistencia mínima a la circulación. Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería. Aplicaciones Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos. Ventajas Alta capacidad. Cierre hermético. Bajo costo. Diseño y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulación. Desventajas Control deficiente de la circulación. Se requiere mucha fuerza para accionarla. Produce cavitación con baja caída de presión. Debe estar cubierta o cerrada por completo. La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco.

Variaciones Cuña maciza, cuña flexible, cuña dividida, disco doble.

Materiales Cuerpo: bronce, hierro fundido, hierro, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, plástico de PVC. Componentes diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Lubricar a intervalos periódicos. Corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura. Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubería para líquidos calientes y al comprobar que las válvulas estén cerradas. No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca. Abrir las válvulas con lentitud para evitar el choque hidráulico en la tubería. Cerrar las válvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugre atrapados.

Válvulas de macho La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90° Recomendada para •

Servicio con apertura total o cierre total.

•

Para accionamiento frecuente.

•

Para baja caída de presión a través de la válvula.

•

Para resistencia mínima a la circulación.

•

Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería.

Aplicaciones •

Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos.

•

Ventajas

•

Alta capacidad.

•

Bajo costo.

•

Cierre hermético.

•

Funcionamiento rápido.

Desventajas •

Requiere alta torsión (par) para accionarla.

•

Desgaste del asiento.

•

Cavitación con baja caída de presión.

Variaciones •

Lubricada, sin lubricar, orificios múltiples.

•

Materiales

•

Hierro, hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleación 20, Monel, níquel, Hastelloy, camisa de plástico.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento •

Dejar espacio libre para mover la manija en las válvulas accionadas con una llave.

•

En las válvulas con macho lubricado, hacerlo antes de ponerlas en servicio.

Válvulas de globo Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería. Recomendada para •

Estrangulación o regulación de circulación.

•

Para accionamiento frecuente.

•

Para corte positivo de gases o aire.

•

Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.

Aplicaciones Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas. Ventajas •

Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.

•

Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.

•

Control preciso de la circulación.

•

Disponible con orificios múltiples.

Desventajas •

Gran caída de presión.

•

Costo relativo elevado.

Variaciones Normal (estándar), en "Y", en ángulo, de tres vías. Materiales Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Instalar de modo que la presión este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura.

Válvulas de bola Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto Recomendada para •

Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación.

•

Cuando se requiere apertura rápida.

•

Para temperaturas moderadas.

•

Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.

Aplicaciones Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas. Ventajas •

Bajo costo.

•

Alta capacidad.

•

Corte bidireccional.

•

Circulación en línea recta.

•

Pocas fugas.

•

Se limpia por si sola.

•

Poco mantenimiento.

•

No requiere lubricación.

•

Tamaño compacto.

•

Cierre hermético con baja torsión (par).

Desventajas •

Características deficientes para estrangulación.

•

Alta torsión para accionarla.

•

Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras.

•

Propensa a la cavitación.

Variaciones Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías, Venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido. Materiales Cuerpo: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, titanio, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC. Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga.

Válvulas de mariposa La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la circulación Recomendada para •

Servicio con apertura total o cierre total.

•

Servicio con estrangulación.

•

Para accionamiento frecuente.

•

Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos.

•

Cuando solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la tubería.

•

Para baja ciada de presión a través de la válvula.

Aplicaciones Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión. Ventajas •

Ligera de peso, compacta, bajo costo.

•

Requiere poco mantenimiento.

•

Número mínimo de piezas móviles.

•

No tiene bolas o cavidades.

•

Alta capacidad.

•

Circulación en línea recta.

•

Se limpia por si sola.

Desventajas •

Alta torsión (par) para accionarla.

•

Capacidad limitada para caída de presión.

•

Propensa a la cavitación.

Variaciones Disco plano, disco realzado, con brida, atornillado, con camisa completa, alto rendimiento.

Materiales Cuerpo: hierro, hierro dúctil, aceros al carbono, acero forjado, aceros inoxidables, aleación 20, bronce, Monel. Disco: todos los metales; revestimientos de elastómeros como TFE, Kynar, Buna-N, neopreno, Hypalon. Asiento: Buna-N, viton, neopreno, caucho, butilo, poliuretano, Hypalon, Hycar, TFE. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Se puede accionar con palanca, volante o rueda para cadena. Dejar suficiente espacio para el movimiento de la manija, si se acciona con palanca. Las válvulas deben estar en posición cerrada durante el manejo y la instalación.

Válvulas de diafragma Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación Recomendada para •

Servicio con apertura total o cierre total.

•

Para servicio de estrangulación.

•

Para servicio con bajas presiones de operación.

Aplicaciones Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos. Ventajas •

Bajo costo.

•

No tienen empaquetaduras.

•

No hay posibilidad de fugas por el vástago.

•

Inmune a los problemas de obstrucción, corrosión o formación de gomas en los productos que circulan.

Desventajas •

Diafragma susceptible de desgaste.

•

Elevada torsión al cerrar con la tubería llena.

Variaciones •

Tipo con vertedero y tipo en línea recta.

•

Materiales

•

Metálicos, plásticos macizos, con camisa, en gran variedad de cada uno.

Válvulas de apriete La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o más elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre sí para cortar la circulación Recomendada para •

Servicio de apertura y cierre.

•

Servicio de estrangulación.

•

Para temperaturas moderadas.

•

Cuando hay baja caída de presión a través de la válvula.

•

Para servicios que requieren poco mantenimiento.

Aplicaciones Pastas semilíquidas, lodos y pastas de minas, líquidos con grandes cantidades de sólidos en suspensión, sistemas para conducción neumática de sólidos, servicio de alimentos. Ventajas •

Bajo costo.

•

Poco mantenimiento.

•

No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan.

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Diseño sencillo.

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No corrosiva y resistente a la abrasión.

Desventajas •

Aplicación limitada para vació.

•

Difícil de determinar el tamaño.

Variaciones Camisa o cuerpo descubierto; camisa o cuerpo metálicos alojados. Materiales Caucho, caucho blanco, Hypalon, poliuretano, neopreno, neopreno blanco, Buna-N, Buna-S, Viton A, butilo, caucho de siliconas, TFE. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Los tamaños grandes pueden requerir soportes encima o debajo de la tubería, si los soportes para el tubo son inadecuados.

Válvulas de retención del columpio. Esta válvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo con la presión en la tubería y se cierra cuando se interrumpe la presión y empieza la circulación inversa. Hay dos diseños: uno en "Y" que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para el esmerilado fácil del disco sin desmontar la válvula de la tubería y un tipo de circulación en línea recta que tiene anillos de asiento reemplazables. Recomendada para •

Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.

•

Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulación en la tubería.

•

Para servicio en tuberías que tienen válvulas de compuerta.

•

Para tuberías verticales que tienen circulación ascendente.

Aplicaciones Para servicio con líquidos a baja velocidad. Ventajas •

Puede estar por completo a la vista.

•

La turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy bajas.

•

El disco en "Y" se puede esmerilar sin desmontar la válvula de la tubería.

Variaciones Válvulas de retención con disco inclinable. Materiales Cuerpo: bronce, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, acero al carbono. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento •

En las tuberías verticales, la presión siempre debe estar debajo del asiento.

•

Si una válvula no corta el paso, examinar la superficie del asiento.

•

Si el asiento está dañada o escoriado, se debe esmerilar o reemplazar.

•

Antes de volver a armar, limpiar con cuidado todas las piezas internas.

Válvulas de retención de elevación Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal de la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa. Recomendada para •

Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la tubería.

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Para uso con válvulas de globo y angulares.

•

Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no es problema.

Aplicaciones Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulación. Ventajas •

Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total.

•

Acción rápida.

Variaciones Tres tipos de cuerpos: horizontal, angular, vertical. Tipos con bola (esfera), pistón, bajo carga de resorte, retención para vapor. Materiales Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, PVC, Penton, grafito impenetrable, camisa de TFE. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento •

La presión de la tubería debe estar debajo del asiento.

•

La válvula horizontal se instala en tuberías horizontales.

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La válvula vertical se utiliza en tubos verticales con circulación ascendente, desde debajo del asiento.

•

Si hay fugas de la circulación inversa, examinar disco y asiento.

Válvulas de desahogo (alivio) Una válvula de desahogo es de acción automática para tener regulación automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión, para regularla. La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con rapidez con un "salto" para descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos comprimibles. El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante fórmulas específicas. Recomendada para Sistemas en donde se necesita una gama predeterminada de presiones. Aplicaciones Agua caliente, vapor de agua, gases, vapores. Ventajas •

Bajo costo.

•

No se requiere potencia auxiliar para la operación.

Variaciones •

Seguridad, desahogo de seguridad.

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Construcción con diafragma para válvulas utilizadas en servicio corrosivo.

Materiales Cuerpo: hierro fundido, acero al carbono, vidrio y TFE, bronce, latón, camisa de TFE, acero inoxidable, Hastelloy, Monel. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Se debe instalar de acuerdo con las disposiciones del Código ASME para recipientes de presión sin fuego. Se debe instalar en lugares de fácil acceso para inspección y mantenimiento.

5.2 TRAMPAS DE VAPOR Dentro de los diferentes tipos de válvulas, las trampas de vapor se clasifican como válvulas automáticas que se encargan de filtrar el vapor condensado, así como otros gases como el aire. Los gases como el aire no son condensables, pero también se filtran utilizando trampas de vapor. Esta filtración de gases no condensables se lleva a cabo sin permitir el paso del vapor. Al filtrar el vapor condensado, las trampas de vapor evitan que se desperdicie, de manera que puede ser reutilizado para otros procesos en los que el vapor sirve como medio de calentamiento o como fuerza motriz.

La función de las trampas de vapor Muchos procesos industriales producen vapor, ya sea como desecho del proceso en sí o como parte del mismo, para calentamiento o para accionar mecanismos como fuerza motriz. Si una máquina, por ejemplo, produce grandes cantidades de vapor y los emite al aire libre, todo ese vapor se convierte en energía perdida que pudo aprovecharse en otros procesos. Cuando las trampas de vapor reciben el vapor condensado evitan que se pierda. De esta manera puede distribuirse hacia otros procesos industriales que lo necesiten, produciendo un ahorro en la producción de energía y de contaminantes potenciales. Las trampas de vapor permiten la eliminación del condensado y el aire del proceso productivo. Una vez que ha sido extraído el condesado se le puede regresar al área de calderas y se logra la maximización del uso de la energía, es decir, no hay desperdicio de energía o este desperdicio se reduce considerablemente. En términos generales, las trampas de vapor deben cumplir con tres acciones específicas: - Mantener las condiciones de temperatura y presión mientras se drena el condensado. - Aumentar el coeficiente de transferencia de calor al eliminar tanto el aire como otros gases no condensables. - Se evita que se pierda vapor que puede ser utilizado como fuente de energía en otros procesos industriales.

Tipos de trampas de vapor Podemos identificar tres principales tipos de trampas de vapor: las trampas mecánicas, las termodinámicas y las termostáticas. Trampas de vapor mecánicas En este tipo de trampas de vapor, casi siempre la válvula y el asiento están inundados. Esto impide que se pierda el vapor. Sin embargo, su tamaño es tan grande que se puede perder calor.

Trampas de vapor termostáticas Las trampas de vapor termostáticas tienen la capacidad de mantener el condensado hasta que una parte de éste se enfría. La parte que se enfría permanece en la válvula principal y no hay pérdida de vapor

Trampas de vapor termodinámicas Las trampas de vapor termodinámicas pueden perder vapor cuando tienen una baja carga. Cuando el condensado se acerca la temperatura del vapor produce una especie de vapor instantáneo, también conocido como Flash. La expulsión de dicho vapor instantáneo provoca el cierre del orificio de escape de la trampa de vapor.

5.3 INSTRUMENTOS DE MEDICION MANOMETRO El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. En la mecánica la presión se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el sistema internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newtons por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional. Cuando los manómetros deben indicar fluctuaciones rápidas de presión se suelen utilizar sensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una respuesta instantánea. Hay que tener en cuenta que la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local, entonces hay que sumar ésta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Cuando se obtiene una medida negativa en el manómetro es debida a un vacío parcial.

Manómetro de Burdon: Instrumento mecánico de medición de presiones que emplea como elemento sensible un tubo metálico curvado o torcido, de sección transversal aplanada. Un extremo del tubo está cerrado, y la presión que se va a medir se aplica por el otro extremo. A medida que la presión aumenta, el tubo tiende a adquirir una sección circular y enderezarse. El movimiento del extremo libre (cerrado) mide la presión interior y provoca el movimiento de la aguja. El principio fundamental de que el movimiento del tubo es proporcional a la presión fue propuesto por el inventor francés Eugene Burdon en el siglo XIX. Los manómetros Burdon se utilizan tanto para presiones manométricas que oscilan entre 0-1 Kg/cm2 como entre 0-10000 Kg/cm2 y también para vacío. Las aproximaciones pueden ser del 0.1 al 2% de la totalidad de la escala, según el material, el diseño y la precisión de las piezas. El elemento sensible del manómetro puede adoptar numerosas formas. Las más corrientes son las de tubo en C, espiral y helicoidal. El tubo en C es simple y consistente y muy utilizado con esferas indicadoras circulares. También se emplea mucho en algunos indicadores eléctricos de presión, en los que es permisible o deseable un pequeño movimiento de la aguja. El campo de aplicación es de unos 1500 Kg/cm2. Las formas espiral y helicoidal se utilizan en instrumentos de control y registro con un movimiento más amplio de la aguja o para menores esfuerzos en las paredes. Los elementos en espiral permiten un campo de medición de 0.300 Kg/cm2, y los helicoidales hasta 10000 kg/cm2 A menudo se prefiere el tubo torcido, consistente y compacto, especialmente para los indicadores eléctricos de presión. Los tubos Burdon se presentan en una serie de aleaciones de cobre y en aceros inoxidables al cromo níquel. En ciertos aspectos las aleaciones de cobre dan mejor resultado, pero los aceros inoxidables ofrecen mayor resistencia a la corrosión. También se utilizan tubos de

aleación hierro-níquel, debido a que tienen un coeficiente de dilatación muy pequeño, que hace que la lectura d la presión no esté influida por la temperatura del instrumento. Los instrumentos mecánicos y neumáticos con elementos Burdon permiten una aproximación del 0.5% de la escala. Si se precisa mayor exactitud se emplean indicadores eléctricos. Los manómetros Burdon miden la diferencia entre la presión interior y la exterior del tubo. Como la presión exterior suele ser la atmosférica, el manómetro indica la diferencia existente entre la presión medida y la presión atmosférica, es decir la presión manométrica. El manómetro Burdon es el instrumento industrial de medición de presiones más generalizado, debido a su bajo costo, su suficiente aproximación y su duración.

Manómetro de columna de líquido: Doble columna líquida utilizada para medir la diferencia entre las presiones de dos fluidos. El manómetro de columna de líquido es el patrón base para la medición de pequeñas diferencias de presión. Las dos variedades principales son el manómetro de tubo de vidrio, para la simple indicación de la diferencia de las presiones, y le manómetro de mercurio con recipiente metálico, utilizado para regular o registrar una diferencia de presión o una corriente de un líquido. Los tres tipos básicos de manómetro de tubo de vidrio son el de tubo en U, los de tintero y los de tubo inclinado, que pueden medir el vacío o la presión manométrica dejando una rama abierta a la atmósfera. Manómetro de tubo en U: Si cada rama del manómetro se conecta a distintas fuentes de presión, el nivel del líquido aumentará en la rama a menor presión y disminuirá en la otra. La diferencia entre los niveles es función de las presiones aplicadas y del peso específica del líquido del instrumento. Las áreas de la sección de los tubos no influyen en la diferencia de niveles. Normalmente se fija entre las dos ramas una escala graduada para facilitar las medidas. Los tubos en U de los micro manómetros se hacen con tubos en U de vidrio calibrado de precisión, un flotador metálico en una de las ramas y un carrete de inducción para señalar la posición del flotador. Un indicador electrónico potenciométrico puede señalar cambios de presión hasta de 0.01 mm de columna de agua. Estos aparatos se usan solo como patrones de laboratorio.

manómetro de tintero: Una de las ramas de este tipo de manómetro tiene un diámetro manómetro relativamente pequeño; la otra es un depósito. El área de la sección recta del depósito puede ser hasta 1500 veces mayor que la de la rema manómetro, con lo que el nivel del depósito no oscila de manera apreciable con el manómetro de la presión. Cuando se produce un pequeño desnivel en el depósito, se compensa mediante ajustes de la escala de la rama manómetro. Entonces las lecturas de la presión diferencial o manométrica pueden efectuarse directamente en la escala manómetro. Los barómetros de mercurio se hacen generalmente del tipo de tintero.

manómetro de tubo inclinado: Se usa para presiones manométricas inferiores a 250mm de columna de agua. La rama larga de un manómetro de tintero se inclina con respecto a la vertical para alargar la escala. También se usan manómetros de tubo en U con las dos ramas inclinadas para medir diferenciales de presión muy pequeñas. Si bien los manómetros de tubo de vidrio son precisos y seguros, no producen un movimiento mecánico que pueda gobernar aparatos de registro y de regulación. Para esta aplicación de usan manómetros de mercurio del tipo de campana, de flotador, o de diafragma. Los manómetros de tubo en U y los de depósito tienen una aproximación del orden de 1mm en la columna de agua, mientras que el de tubo inclinado, con su columna más larga aprecia hasta 0.25mm de columna de agua. Esta precisión depende de la habilidad del observador y de la limpieza del líquido y el tubo.

TERMOMETRO Un termómetro es un instrumento de medición de temperatura. Se puede encontrar ya sea análogo o digital. Este instrumento es muy común para emplearse como medidor de temperatura corporal, aunque también suele ser utilizado para medir temperaturas a nivel industrial. Existen diferentes tipos de termómetros, el clásico de mercurio, el utilizado en fábricas de vidrio (pirómetro), el termómetro de gas y el termómetro de resistencia. Funcionan según el principio de medición por dilatación de gas, por la expansión diferente de un bimetal o por expansión de un líquido y pueden medir temperaturas con rangos entre 200 ... +700 ° C. Todos los termómetros industriales son adecuados para su inserción en vainas. Termómetro bimetálico Los termómetros bimetálicos funcionan a base de dos cintas de diferentes metales espirales unidos con distintos coeficientes de expansión. La deformación de este tipo de termómetro industrial mecánica inducida por la variación de temperatura provoca un movimiento giratorio. Si un extremo está fijado la el movimiento rotatorio actúa completamente sobre la aguja de indicación. Los termómetros bimetálicos están disponibles en rangos entre -70ºC .... +600 ºC en clases de exactitud de 1 y 2 conforme a EN 13 190. Termómetro de expansión Un termómetro de expansión se compone de un elemento sensible, un capilar y un tubo Bourdon. El sistema de medición mismo está llenado con líquido. Una variación de la temperatura provoca una variación de la presión interna del termómetro. La presión se transmite vía tubo a una aguja para indicar la temperatura correspondiente en la esfera. Los capilares son de longitud entre 500 a 10.000 mm para tomar la medición también desde puntos remotos. Los rangos de escala varían entre -40 ... +400 ºC con una clase de exactitud entre 1 y 2 conforme a EN 13190 Termómetro de dilatación de gas En un termómetro de dilatación a gas el bulbo, el capilar y el tubo Bourdon forman una unidad. El instrumento está llenado con gas inerte. Una variación de la temperatura provoca una variación de la presión interior. La aguja se desplaza en función de la presión interior del tubo. Para compensar los efectos de la temperatura ambiental se monta un elemento bimetálico entre el mecanismo y el tubo de medición. Los termómetros de dilatación de gas están disponibles con rangos de temperatura entre -200 ... +700 ºC con clase de exactitud 1. Termómetro de capilla Estos termómetros están adecuados para la monitorización de las temperaturas de gases, vapores y líquidos en calderas y tubos. El termómetro está situado en una caja con un recorte para la escala. Los termómetros de capilla se aplican a menudo con una caja de forma V.

PIROMETRO Un pirómetro es un instrumento que se utiliza para medir temperaturas a distancia, tienen un rango de temperatura demasiado amplio, que va desde los -40ºc hasta los 4000ºc. Se emplea sobre todo para medir objetos o sustancias en movimiento, o en lugares donde se requiere una medición sin contacto. Se usa, por ejemplo, para medir la temperatura en hornos, metales incandescentes o gases. ¿Como funciona? Su funcionamiento depende del tipo de pirómetro que se esté utilizando, pero están formados por varias características en común que componen su sistema completo: •

Tienen sistema que recoge la energía emitida por el objeto.

•

Detector que convierte dicha energía en una señal eléctrica.

•

Un sistema que ajuste la emisividad para hacer coincidir la calibración del termómetro con las características de emisión específicas del objeto.

•

Un circuito de compensación de la temperatura ambiente que garantizaba que las variaciones de temperatura dentro del sensor debidas a las condiciones ambientales no afectaran a la precisión.

Los sistemas electrónicos modernos basados en microprocesadores permiten utilizar algoritmos complejos que proporcionan una linealización y compensación a tiempo real de la salida del detector para obtener una mayor precisión de la temperatura medida del objeto. Los microprocesadores pueden mostrar de forma instantánea mediciones de múltiples variables (tales como la temperatura actual, temperatura mínima medida, temperatura máxima medida, temperatura media o diferencias de temperatura) en pantallas LCD integradas.

Tipos de pirómetro Existen 3 tipos según la forma en que estos captan la radiación de la temperatura. Pirómetro óptico Es aquel que puede medir la temperatura de una sustancia a partir de la radiación que emana de su cuerpo, para lo cual no necesita estar en contacto con ella. Funciona comparando el brillo de la luz que emite la sustancia con el de una fuente estándar. Se utiliza tanto para medir la temperatura de gases como de cuerpos incandescentes. De hecho, puede medir temperaturas superiores a los 1.000 °C.

Pirómetro de radiación El pirómetro de radiación capta la radiación emitida por el cuerpo cuya temperatura se quiere determinar. Este tipo de pirómetro se funda en la ley Stefan-Boltzmann. Es capaz de medir temperaturas que se ubiquen entre los 550 °C y los 1.600 °C.

Pirómetro de resistencia El pirómetro de resistencia es aquel que mide la temperatura del objeto o cuerpo a través de un cable delgado que se pone en contacto con este. El calor produce el cambio de resistencia eléctrica del dispositivo, que hace una medición de la temperatura del objeto a partir de dicho calor.

5.4 TURBOBOMBAS Las turbobombas se basan, al igual que las turbinas, en el teorema de la cantidad de movimiento, o más exactamente en teorema del momento de la cantidad de movimiento, también llamado teorema del momento cinético y teorema de Euler. Es decir, estas máquinas mediante el giro producido por un motor de arrastre generan una fuerza exterior sobre el rodete que tiene como consecuencia el incremento de la cantidad de movimiento del fluido que atraviesa la máquina de manera continua y la presión en la sección de salida de aquel. La turbobombas, son máquinas cuya misión es incrementar la energía de los líquidos, transformando la energía mecánica que reciben del motor de arrastre en energía hidráulica siendo su principio de funcionamiento, como ya se ha indicado, el teorema del momento cinético, también llamado teorema de Euler. Este tipo de bombas es sin duda el más empleado y el que se utiliza universalmente para trasegar casi todo tipo de líquidos a cualquier altura, solamente líquidos muy viscosos, caudales muy pequeños y alturas muy grandes ofrecen dificultades a este tipo de máquinas. Se trata de turbomáquinas con funcionamiento y diseño parecido a las turbinas de reacción. Constan de una carcasa donde se encuentra el rodete o impulsor y el sistema difusor.

Turbobomba centrífuga La mayoría de turbobombas son centrífugas. El líquido entra radialmente en la bomba cerca del eje y el rotor, también llamado rodete, acelera el fluido a alta velocidad. El líquido pasa a través de un difusor que es un tubo de forma progresivamente ampliada, que permite la recuperación de la presión dinámica a estática. El difusor convierte la energía cinética en altas presiones (no es raro cientos de bar), y si la toma de contrapresión no es demasiado alta, se puede lograr altas tasas de flujo.

Turbobomba axial También existen turbobombas axiales. En este caso el eje esencialmente tiene alabes unidos al eje y el fluido es forzado por estos paralelos al eje principal de la bomba. En general, las bombas axiales generan presiones mucho más bajas que las bombas centrífugas, no es infrecuente unos pocos unos bares. Sin embargo, poseen su utilidad - se utilizan comúnmente bombas axiales como "inductores" de las bombas centrífugas, elevan la presión de entrada a la bomba centrífuga lo suficiente para prevenir un exceso de cavitación. Este efecto también se puede conseguir presurizando los depósitos.

Características de las turbobombas Aunque las turbobombas puede ser de una gran simplicidad, diseñar una de gran rendimiento es una tarea difícil. Mientras que una bomba bien diseñada y depurada puede alcanzar entre el 70 al 90% de eficiencia, sin embargo, no son infrecuentes las cifras de menos de la mitad. La baja eficiencia puede ser aceptable en algunas aplicaciones, pero en los cohetes es un grave problema. Turbobombas de cohetes son importantes y bastante problemático que los vehículos de lanzamiento con cierto sarcasmo se han descrito como 'una turbobomba unida a un cohete'- hasta el 55% del costo total se puede deber a esta. Los problemas más comunes son: •

un flujo excesivo desde el borde alta de presión a la entrada de baja presión a lo largo de la holgura entre la carcasa de la bomba y el rotor

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recirculación excesiva de líquido de entrada.

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excesiva turbulencia del fluido que sale de la carcasa de la bomba.

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daños por cavitación en las superficies del impulsor en zonas donde el líquido está a baja presión.

Además, es fundamental construir la forma precisa del propio rotor. Y otro problema es la lubricación, ya que además de girar a altas velocidades las temperaturas son muy distintas, ya que la turbina puede funcionar con gases de escape calientes, el combustible estar a temperatura ambiente y el comburente ser criogénico.

5.5 TURBOSOPLANTES Los soplantes o turbo soplantes son máquinas destinadas a comprimir generalmente aire, en las que la relación de compresión es (1,1 < εc < 3); no tienen ningún tipo de refrigeración incorporada y, en general, son de un único escalonamiento. Así por ejemplo, para el aire que se precalienta en los recuperadores de los altos hornos, la soplante tiene que impulsarle a una presión equivalente a la resistencia de la conducción, más la resistencia de las toberas de inyección en la zona de fusión de los hornos, con una relación de compresión del orden de 3, utilizándose en estas circunstancias soplantes de varios escalonamientos, en los que el aire no se refrigera, ya que posteriormente habría que precalentarle antes de introducirle en el horno. Las turbos soplantes se pueden clasificar en función de la relación de compresión εc en la forma: soplantes de BP.......: εc = 1,1 a 1,5 soplantes de MP......: εc = 1,5 a 2,5 soplantes de AP.......: εc = 2,5 a 4. El número de revoluciones de los turbos soplantes varía de 3.000 a 21.000 rpm.

5.6 CONDENSADORES El condensador termodinámico es utilizado muchas veces en la industria de la refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la producción de energía eléctrica, en centrales térmicas o nucleares. La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerrado con torre de refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve para condensar el vapor, después de realizar un trabajo termodinámico; por ejemplo, una turbina de vapor o para condensar el vapor comprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico. Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese fluido, obteniéndose líquido subenfriado en el caso del aire acondicionado. Adopta diferentes formas según el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, está compuesto por un tubo de diámetro constante que curva 180° cada cierta longitud y unas láminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire. Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor (en estado gaseoso) en vapor en estado líquido, también conocido como fase de transición. El propósito es condensar la salida (o extractor) de vapor de la turbina de vapor para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera. Condensando el vapor del extractor de la turbina de vapor, la presión del extractor es reducida arriba de la presión atmosférica hasta debajo de la presión atmosférica, incrementando la caída de presión del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. Esta reducción de la presión en el extractor de la turbina de vapor genera más calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina de vapor, por conversión de poder mecánico.

Función del condensador La función principal del condensador en una central térmica es ser el foco frío o sumidero de calor dentro del ciclo termodinámico del grupo térmico. Por tanto, su misión principal es condensar el vapor que proviene del escape de la turbina de vapor en condiciones próximas a la saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente) al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua). En el caso de una máquina frigorífica, el condensador tiene por objetivo la disipación del calor absorbido en el evaporador y de la energía del compresor. Además, el condensador recibe los siguientes flujos: •

Las purgas de los calentadores y otros elementos, que una vez enfriadas son incorporadas al circuito de condensado.

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El aire que procede de entradas furtivas en los diversos elementos del ciclo aguavapor, a través de los cierres de la turbina de vapor o con el agua de reposición al ciclo. Éste debe ser extraído y enviado al exterior mediante eyectores o bombas de vacío.

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El vapor procedente del escape de la turbo-bomba de agua de alimentación si la hay en la instalación.

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El vapor de los by-passes de turbina de vapor, que en determinados modos de operación transitorios (arranques, paradas, disparos, cambios bruscos de carga) conducen directamente al condensador todo el vapor generador en la caldera una vez atemperado. y cuando eso pasas sigue haciendo cp.

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El agua de aportación al ciclo para reponer las purgas, fundamentalmente la purga continua. Esta agua es desmineralizada y proviene del tanque de reserva de condensado.

Las condiciones en el interior del condensador son de saturación, es decir, está a la presión de saturación correspondiente a la temperatura de condensación del vapor. Esta presión es siempre inferior a la atmosférica, es decir, se puede hablar de vacío.

Tipos de condensadores para centrales térmicas Según su disposición relativa con respecto de la turbina de vapor, los condensadores pueden clasificarse en: •

Axiales. Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. Son típicos de turbina de vapor hasta 150 MW, potencias hasta las cuales el cuerpo de baja presión es de un solo flujo y escape axial.

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Laterales. Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. El cuerpo de baja presión de la turbina de vapor es de dos flujos.

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Inferiores. Están situados debajo de la turbina de vapor de baja presión, lo que les obliga a estar metidos en un foso y que el pedestal del grupo turbogenerador esté en una cota más elevada, encareciéndose la obra civil. Dadas las potencias de las centrales convencionales actuales, éste es el tipo de condensador más usualmente empleado. La turbina de vapor de baja tiene doble flujo, pudiendo haber además varios cuerpos.

Según el número de pasos, pueden ser: •

De un paso. Hay una única entrada y una única salida de agua en cada cuerpo del condensador. Típica en circuitos abiertos de refrigeración.

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De dos pasos. El agua entra y sale dos veces en el cuerpo del condensador con la finalidad de causar función refrigerante.

Según el número de cuerpos: •

De un cuerpo. El condensador tiene una sola carcasa.

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De dos cuerpos. El condensador tiene dos carcasas independientes. Esta disposición es muy útil, ya que permite funcionar sólo con medio condensador.

5.8 CRITERIOS DE SELECCIÓN Seis criterios deben ser considerados al momento de seleccionar una caldera para cumplir con los requerimientos de la aplicación. Estos criterios son: 1.Requerimientos de códigos y normas 2.Vapor o agua caliente 3.Carga de la caldera 4.Número de calderas 5.Consideraciones de funcionamiento 6.Consideraciones especiales

Códigos y Normas Existe un número de códigos y normas, leyes y regulaciones que abordan a las calderas y el equipo asociado que deben ser considerados cuando se diseña un sistema. Los requerimientos regulatorios son dictados por varias instituciones y todas ella se enfocan principalmente en la seguridad. Aquí presentamos algunas reglas claves a considerar: La industria de la caldera está estrictamente regulada por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME: American Society of Mechanical Engineers) y por los códigos ASME, los cuales gobiernan el diseño, la inspección y el seguro de calidad de las calderas. Los recipientes a presión de las calderas deben presentar el estampado ASME. (Desarenadores, economizadores y otros recipientes a presión también deben estar estampados por ASME). La compañía aseguradora de la instalación o la caldera puede exigir requerimientos adicionales. Los fabricantes de calderas proveen a sus clientes opciones para satisfacer las exigencias de las compañías aseguradoras. Estas opciones son accesorios o equipo que usualmente pertenecen a controles de seguridad. Algunas industrias como la de alimentos, bebidas o farmacéuticas pueden tener también algunas regulaciones adicionales que tienen un impacto en la caldera y en el cuarto de calderas. La mayoría de las industrias han establecido un máximo de temperatura a la cual el agua puede ser desechada al alcantarillado. En este caso, se necesitaría un enfriador del agua de purgas. La mayoría de las autoridades, estatales y municipales requieren de un permiso para instalar y/u operar una caldera. Se pueden aplicar restricciones adicionales en zonas donde la calidad del aire no cumple con los estándares de calidad de la nación y, por lo tanto, las emisiones contaminantes son más exigentes. Se puede requerir de un operador de tiempo completo para la caldera. Los requerimientos del operador dependen del tamaño de la caldera, presión, superficie de calentamiento o volumen de agua. Las calderas pueden ser seleccionadas, lo que minimiza los requerimientos, ya sea porque cumple los requerimientos y se está exento o por poseer un equipo especial que da al operador más libertad en las instalaciones. La mayoría de los estados o provincias requieren de una inspección anual. Pueden existir otros requerimientos por cumplir debido a la tubería.

Vapor o Agua Caliente Ahora que se cuenta con una visión general de los tipos de requerimientos en códigos y normas para calderas, debemos ver la aplicación que se le va a dar a la caldera con el fin de saber cómo será utilizada esta caldera. Recuerde que el objetivo principal de una caldera es suministrar energía para alguna operación en alguna instalación – calefacción, procesos de manufactura, lavandería, cocinas, etc. La naturaleza de la operación dictará si se empleará una caldera de vapor o de agua caliente.

Carga en la caldera generador de vapor que se instale en cualquier industria debe ser seleccionado de forma tal que en todo momento satisfaga los requerimientos de vapor, ya sea cuando el proceso está demandando cargas mínima, máxima o normal, siempre teniendo en cuenta que esto debe suceder con la mayor eficiencia posible en el trabajo del equipo. Como el régimen de trabajo es variable en la gran mayoría de los procesos, entonces se define un coeficiente o factor de carga, el cual permite conocer en qué medida el generador de vapor está siendo explotado con respecto a su capacidad, o lo que es igual, en cuanto se encuentra subutilizado. La información necesaria para el análisis de este factor de carga puede ser tomada a partir de los datos de chapa de la caldera y de los equipos consumidores, los que se suman algebraicamente en el caso de que dichos consumidores trabajen a tiempo completo, consumiendo esta cantidad de vapor. Pero en la mayoría de los casos, los procesos no funcionan de esta manera, sino que el consumo es intermitente o discontinuo, lo cual quiere decir que cada consumidor trabaja sólo una parte del tiempo consumiendo vapor, como sucede, por ejemplo, en las cocinas, lavanderías y procesos de esterilización. Otra forma de conocer o determinar el factor de carga, consiste en tomar durante una jornada de trabajo de la caldera, total o parcial, la cantidad de arranques y paradas del quemador, y los tiempos correspondientes a los mismos. Sumando estos tiempos se puede conocer cuánto del tiempo total estuvo realmente trabajando el generador de vapor, y con ello se puede determinar el factor de carga, el cual se formula de la manera siguiente: Φ = ttq / ttgv Donde: ttq: Tiempo de trabajo del quemador (h) ttgv: Tiempo de trabajo del generador de vapor (h). Del análisis de la fórmula anterior se concluye que para que el generador de vapor cumpla con los requisitos de selección y eficiencia antes mencionados, la variable debe ser 1.

Funcionamiento Saber cómo funcionan las calderas industriales es muy importante porque estas son máquinas ampliamente utilizadas en muchos procesos industriales. Las calderas son equipos para la generación de vapor. Son instrumentos térmicos que tienen el propósito de convertir el agua en vapor, por medio de la quema de cualquier tipo de combustible. Se utilizan en numerosos procesos industriales que requieren altas temperatura, particularmente en la industria química, petroquímica y otras muy diversas. El vapor, que es producido por un generador, avanza a alta presión a través de tuberías. Las calderas industriales, calientan agua y generan vapor, utilizando para ello dos métodos muy comunes: el tubo de humo y el tubo de agua. Al comienzo de la revolución industrial, cuando las calderas industriales se popularizaron, las de tubos de calor fueron las más utilizadas. Estas se montaban sobre un tanque de agua atravesado por tuberías. Los gases calientes del fuego, hecho con carbón o madera, pasaban a través de tuberías para calentar el agua en el tanque, generando vapor para su uso en procesos industriales. Este tipo de caldera era muy peligroso, ya que el tanque estaba totalmente presurizado. En este caso, si el tanque estalla, la explosión puede costar varias vidas o lesiones muy graves a las personas que se encuentren cerca.

MANTENIMIENTO CONSTANTE DE LAS CALDERAS Como ya se mencionó anteriormente, las calderas industriales necesitan un mantenimiento constante. La presión a la que es sometida esta máquina hace que siempre este latente el peligro de explosión, con consecuencias fatales. El cilindro debe ser drenado y limpiado en determinados momentos, ya que la cantidad de minerales y de nitritos que por el fluyen puede obstruirlo. Los tubos deben ser lubricados constantemente. Todos los componentes de las calderas deben ser inspeccionados periódicamente para evitar corrección o fugas. El indicador de presión debe ser monitoreado constantemente para detectar cualquier anormalidad a tiempo. Las calderas industriales, aún en el siglo XXI siguen siendo el motor que potencia muchas industrias en Europa y en el mundo. Por supuesto en Maquiclick también las tenemos.

BIBLIOGRAFIA

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www.quiminet.com/articulos/los-3-principales-tipos-de-trampas-de-vapor2681645.htm

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http://www.ieslosviveros.es/friocalor/Pag.Calderas/criteriosseleccion.htm