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• aldo vazquez

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PLANTAS TERMICAS INTRODUCCIÓN. LA FINALIDAD DEL PRESENTE TRABAJO, TIENE COMO PUNTO PRINCIPAL, LA PREPARACIÓN DEL QUE OPERA LA PLANTA DE GENERACIÓN DE VAPOR, ASI COMO LAS ÍNTIMAMENTE LIGADAS A ESTA. OBTENIENDO CON ELLO UNA PREPARACIÓN MAS SEGURA,

Y

LA CONSIGUIENTE CONTINUIDAD DEL SERVICIO,

TOMANDO EN CONSIDERACIÓN QUE NO SOLO SUMINISTRA VAPOR PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, COMO ES EL CASO DE LAS PLANTAS TERMOELÉCTRICAS,

SINO

QUE

TAMBIÉN

LO

DISTRIBUYE

PARA

LAS

DIFERENTES PLANTAS; RAZÓN POR LA CUAL SIEMPRE DEBERÁ MANTENERSE EN OPERACIÓN,

TENIENDO

ÚNICAMENTE

PARADAS

PARCIALES

PARA

MANTENIMIENTO, HACIÉNDOSE LO ANTERIOR EN FORMA PROGRAMADA. POR LO ANTERIOR, SE PRETENDE OBTENER UN NIVEL MAS ALTO DE CONOCIMIENTO

DEL

PERSONAL

A

CARGO

DE

LA

GENERACIÓN

DE

LAS

UNIDADES, CUYO RESULTADO SERA UN BENEFICIO TANTO EN LO PERSONAL COMO UNA GANANCIA

DE

PETRÓLEOS MEXICANOS Y POR CONSIGUIENTE DE LA

PROPIA PLANTA, POR LA SEGURIDAD QUE DE ELLO SE DESPRENDE.

1.- CALDERA

UNA CALDERA ES UN EQUIPO O TRANSFORMADOR DE ENERGÍA CAPAZ DE TRANSFERIR DE FORMA CONVENIENTE EL CALOR PRODUCIDO POR UNA COMBUSTIÓN O GENERADO POR OTRO FENÓMENO QUÍMICO O FÍSICO, A UN

FLUIDO (GENERALMENTE AGUA) PARA PRODUCIR VAPOR, EL CUAL A SU VEZ ES DESTINADO, A CEDER LA ENERGÍA RECIBIDA BAJO FORMA.

TÉRMICA (CALOR) O MECÁNICA,

DE DIVERSOS MODOS Y PARA MÚLTIPLES

EMPLEOS. 1.1

TIPOS DE CALDERAS.

LA CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS GENERALMENTE SE HACE DE LA MANERA SIGUIENTE:

A). CALDERA DE TUBOS DE HUMO O PIROTUBULAR. B). CALDERA DE TIPO ACUOTUBULAR. A). CALDERA DE TUBOS DE HUMO O PIROTUBULAR. EN UNA CALDERA DE TUBOS DE HUMO, LOS GASES DE COMBUSTIÓN CIRCULAN POR EL INTERIOR DE LOS TUBOS, Y EL AGUA SE ENCUENTRA EN EL EXTERIOR DE LOS TUBOS, DE TAL FORMA QUE ESTOS SE ENCUENTREN SUMERGIDOS EN EL AGUA. B).

CALDERA DEL TIPO ACUOTUBULAR. EN ESTAS CALDERAS, EL AGUA CIRCULA

POR

EL

INTERIOR

DE

LOS

TUBOS

Y

LOS

GASES

DE

COMBUSTIÓN CIRCULAN POR EL EXTERIOR.

LAS CALDERAS SE CLASIFICAN TAMBIÉN EN BASE A LA FORMA DE

LOS

TUBOS EN: CALDERAS HORIZONTALES DE TUBOS RECTOS, CALDERAS DE TUBOS CURVOS; EN BASE A LA FORMA EN QUE CIRCULA EL AGUA DENTRO DE LA CALDERA EN: CIRCULACIÓN NATURAL Y CIRCULACIÓN FORZADA.

1.2 COMPONENTES DE LA CALDERA. EL

ESTUDIO

DE

UNA

CALDERA,

SE

PUEDE

REALIZAR

ANALIZANDO

LOS

COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR, Y DEL CIRCUITO AIRE-

HUMOS, EN QUE SE DIVIDE PARA SU ESTUDIO UNA CALDERA: A). CIRCUITO AGUA-VAPOR.

LOS COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR SON: 1). DOMO SUPERIOR O DE GENERACIÓN DE VAPOR. 2). CABEZALES COLECTORES SUPERIORES E INFERIORES. 3).

FLUXERIA,

TUBOS

ASCENDENTES

O

EBULLIDORES

Y

TUBOS

DESCENDENTES. 4). DOMO INFERIOR O DE LODOS. 5). SOBRECALENTADOR. 6). ATEMPERADOR O DESOBRECALENTADOR. 7). SISTEMA DE AGUA DE ALIMENTACIÓN A LA CALDERA. 8). SISTEMA DE AGUA DE ATEMPERACIÓN. 9). PURGA CONTINUA Y PURGA DE FONDO. 10). LINEA DE INYECCIÓN DE REACTIVOS. 11). INSTRUMENTACIÓN Y ACCESORIOS DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR. LA FINALIDAD DE ESTE CIRCUITO ES LLEVAR A CABO LA TRANSFORMACIÓN DEL AGUA EN VAPOR Y OBTENER A LA SALIDA DE LA CALDERA UN VAPOR CON LA CALIDAD Y CONDICIONES REQUERIDAS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA NECESARIAS PARA EL EQUIPO O PROCESO DONDE SERA UTILIZADO. B). CIRCUITO AIRE-HUMOS. LOS COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO AIRE-HUMOS SON: 1). VENTILADORES DE TIRO FORZADO. 2). SERVOMOTORES DE COMPUERTAS TIRO FORZADO. 3). PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR (PRE-PRE). 4). CALENTADOR DE AIRE. 5). HOGAR. 6). QUEMADORES. 7). SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE.

8). VENTILADORES PARA AIRE PRIMARIO. 9). SERVOMOTORES DE COMPUERTAS DE AIRE PRIMARIO. 10). CAJA O CÁMARA DE AIRE. 11). CHIMENEA. 12). INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS DEL CIRCUITO AIRE-HUMOS.

LA FINALIDAD DE ESTE CIRCUITO ES LA DE SUMINISTRAR EL CALOR NECESARIO EN EL CIRCUITO AGUA-VAPOR, PARA LA TRANSFORMACIÓN DEL

AGUA

EN

COMBUSTIÓN

VAPOR;

DE

OBTENIÉNDOSE

UN

COMO

LO

CUAL

SE

LOGRA

COMBUSTIBLE. RESULTADO

EL

LO

LLEVÁNDOSE MAS

A

CABO

EFICIENTE

DESPRENDIMIENTO

DE

UNA

POSIBLE,

CALOR

Y

LA

LIBERACIÓN DE GASES DE COMBUSTIÓN (HUMOS), A PARTIR DE LOS CUALES SE OBTIENE EL CALOR QUE SE SUMINISTRA AL CIRCUITO AGUA-VAPOR. 1.3 DESCRIPCIÓN DE LA FORMA EN QUE OPERA UNA CALDERA. PARA FACILITAR LA DESCRIPCIÓN DE LA FORMA EN QUE OPERA UNA CALDERA;

LAS

PARTES

INDIVIDUALIZARSE, CALDERA,

SEGÚN

ESENCIALES

ANALIZANDO DOS

EL

CIRCUITOS

DE

UNA

CALDERA

FUNCIONAMIENTO DISTINTOS

QUE

DE SE

PUEDEN

LA

PROPIA

RECONOCEN

CLARAMENTE: 1.- CIRCUITO AIRE-HUMOS. EL AIRE ASPIRADO DEL EXTERIOR, UTILIZANDO UN VENTILADOR DE TIRO FORZADO, ES HECHO PASAR A TRAVÉS DE UN DUCTO A UN PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR (PRE-PRE) Y A CONTINUACIÓN PASA A TRAVÉS DEL PRECALENTADOR ROTATORIO DE AIRE (LJUNGSTROM), PARA SER DESCARGADO A TRAVÉS DE OTRO DUCTO HACIA LA CAJA DE AIRE, DE AHÍ A TRAVÉS DE UNAS COMPUERTAS SE INTRODUCE

AL

HOGAR,

DONDE

SE

MEZCLA

CON

EL

COMBUSTIBLE

DESCARGADO POR EL QUEMADOR, Y EN PRESENCIA DE UNA FUENTE DE IGNICIÓN

SE

PRODUCE

LA

COMBUSTIÓN,

OBTENIÉNDOSE

COMO

RESULTADO LA LIBERACIÓN DE GASES, ADEMAS DE LUZ (FLAMA) Y CALOR; ESTOS GASES SE DESPRENDEN EN EL HOGAR SIGUIENDO UN CIRCUITO DE FLUJO IRREGULAR DENTRO DE LA CALDERA, CON EL FIN DE HACERLOS PASAR A TRAVÉS DE LOS TUBOS COLOCADOS EN LA ZONA DE CONVECCIÓN DE LA CALDERA, PARA POSTERIORMENTE PASAR A TRAVÉS DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR, APROVECHANDO ASI EL CALOR DE LOS MISMOS, LOS GASES YA A UNA

TEMPERATURA

MENOR

SON

OBLIGADOS

A

INTRODUCIRSE

AL

PRECALENTADOR ROTATORIO DE AIRE, CON EL FIN DE CALENTAR EL AIRE,

LOS

GASES

QUE

SALEN

DEL

CALENTADOR

DE

AIRE,

YA

PRÁCTICAMENTE FRÍOS SON DESCARGADOS A TRAVÉS DE UN DUCTO HACIA

LA

CHIMENEA,

DE

DONDE

SON

DESALOJADOS

HACIA

EL

EXTERIOR.EN ALGUNAS CALDERAS SE UTILIZAN VENTILADORES DE AIRE PRIMARIO, EL CUAL SE EMPLEA GENERALMENTE PARA ATOMIZAR EL COMBUSTIBLE LIQUIDO Y REPRESENTA UN 6 % DEL AIRE REQUERIDO PARA LA COMBUSTIÓN. TAMBIÉN EN ALGUNAS CALDERAS SE UTILIZAN VENTILADORES DE TIRO INDUCIDO, LOS CUALES ESTÁN COLOCADOS EN EL DUCTO DE SALIDA QUE COMUNICA HACIA LA CHIMENEA, Y SE UTILIZAN PARA PRODUCIR UN TIRO MECÁNICO, PARA HACER CIRCULAR LOS GASES EN EL INTERIOR DE LA CALDERA Y DESALOJARLOS DE LA MISMA. CIRCUITO AGUA-VAPOR. EL AGUA PROVENIENTE DEL DESAEREADOR, ES INTRODUCIDA EN EL DOMO SUPERIOR DE LA CALDERA, DONDE A TRAVÉS DE UNOS TUBOS BAJANTES, EL AGUA DESCIENDE HACIA EL DOMO INFERIOR, A MEDIDA QUE EL AGUA DESCIENDE SU TEMPERATURA SE INCREMENTA. EN EL DOMO INFERIOR SE RECOLECTAN LOS LODOS QUE

SE SEPARAN DEL AGUA A CONSECUENCIA DEL TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA, ESTOS LODOS SON DESALOJADOS DEL DOMO INFERIOR A TRAVÉS DE EXTRACCIONES DE FONDO. UNA VEZ QUE EL AGUA LLEGA AL DOMO INFERIOR ESTA ASCIENDE, RETORNANDO AL DOMO SUPERIOR A TRAVÉS DE LOS TUBOS ASCENDENTES o EBULLIDORES, A MEDIDA QUE EL AGUA ASCIENDE SU TEMPERATURA SE INCREMENTA HASTA ALCANZAR SU

TEMPERATURA

DE

EBULLICIÓN.

ESTOS

CAMBIOS

CONTINUOS

EN

LA

TEMPERATURA DEL AGUA Y EN CONSECUENCIA EN SU DENSIDAD DAN LUGAR A LA CIRCULACIÓN NATURAL DEL AGUA DENTRO DE LA CALDERA. YA EN EL DOMO SUPERIOR EL AGUA Y EL VAPOR SE SEPARAN; EL VAPOR ES OBLIGADO A INTRODUCIRSE EN LOS INTERNOS DEL DOMO SUPERIOR, PARA ELIMINAR LA HUMEDAD DEL VAPOR Y OBTENER ASI UN VAPOR MAS SECO, EL CUAL SE INTRODUCE EN EL SOBRECALENTADOR PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DEL VAPOR POR ENCIMA DE SU TEMPERATURA DE SATURACIÓN APROVECHANDO QUE POR EL EXTERIOR DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR CIRCULAN LOS GASES CALIENTES.

2.0 CONCEPTOS BÁSICOS 1).- NIVEL EL

NIVEL

NOS

INDICA

LA

ALTURA

QUE

TIENE

UN LIQUIDO DENTRO DE UN RECIPIENTE, Y EXPRESA A SU VEZ LA CANTIDAD DE LIQUIDO ALMACENADO EN DICHO RECIPIENTE. EL NIVEL SE EXPRESA, NORMALMENTE EN UNIDADES DE LONGITUD; POR EJEMPLO, METROS (m), PIES, CENTÍMETROS (cm) ETC., O BIEN EN FORMA DE PORCENTAJE (%). LOS INSTRUMENTOS PARA MEDIR NIVEL, MAS USADOS SON: 1.- NIVEL ÓPTICO 2.- NIVEL ELÉCTRICO. 3.- NIVEL TIPO DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA (MANÓMETRO). 4.- TRANSMISOR DE NIVEL. 2).- FLUJO EL FLUJO REPRESENTA LA CANTIDAD DE UN FLUIDO (LIQUIDO O GAS) QUE PASA A TRAVÉS DE UN PUNTO DETERMINADO EN LA UNIDAD DE TIEMPO. EL FLUJO SE EXPRESA NORMALMENTE, EN UNIDADES DE VOLUMEN SOBRE TIEMPO, CUANDO SE REFIERE A FLUJO VOLUMÉTRICO, POR EJEMPLO, METROS CÚBICOS POR MINUTO (m3/min). GALONES POR MINUTO (GPM), ETC. Y EN UNIDADES DE MASA POR UNIDAD DE TIEMPO CUANDO SE REFIERE A FLUJO MÁSICO, POR EJEMPLO, TONELADAS POR HORA (TON/HR), LIBRAS POR HORA (lb/Hr), ETC. LOS

INSTRUMENTOS

PARA

MEDIR FLUJO MÁS USUALES EN CALDERAS SON: 1.- PLACAS DE ORIFICIO. 2.- TOBERA DE FLUJO. 3.DALL.

CAMPANA

DE

FLUJO

4.-

TRANSMISOR

DE

FLUJO.

NORMALMENTE

ESTE

INSTRUMENTO

VA

ACOMPAÑADO DE OTRO INSTRUMENTO CONOCIDO, COMO EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA.

3).- PRESIÓN LA PRESIÓN REPRESENTA A TODA FUERZA, APLICADA SOBRE UNA DETERMINADA ÁREA O SUPERFICIE, ES DECIR: PRESIÓN (P) = FUERZA (F)/AREA (A); P=F/A

LAS UNIDADES PARA MEDIR PRESIÓN, MAS USUALES EN CALDERAS SON: Kg/cm2, MILÍMETROS DE MERCURIO (mm Hg), PULGADAS DE MERCURIO, (plg Hg), MILÍMETROS DE AGUA (mm H20), PULGADAS DE AGUA (plg H20), Lb/plg2 LA CUAL

SE REPRESENTA

TAMBIÉN POR,

#, PSI, PSIG, PSIA,

LA PRESIÓN SE CLASIFICA TAMBIÉN EN: A).- PRESIÓN ATMOSFÉRICA. LA PRESIÓN QUE EJERCE, (ATMOSFERA). Y

QUE

LA MASA DE AIRE QUE RODEA NUESTRO

AL

ES

PLANETA

NIVEL DEL MAR ES IGUAL A 760 mm Hg (1.033

Kg/cm2). B).- PRESIÓN MANOMÉTRICA. LA PRESIÓN MANOMÉTRICA, ES TODA PRESIÓN, QUE SE ENCUENTRE ARRIBA DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA. C).- PRESIÓN DE VACIO. LA PRESIÓN DE VACIO.- ES TODA PRESIÓN POR ABAJO DE LA ATMOSFÉRICA. D).-

PRESIÓN

ATMOSFÉRICA,

ABSOLUTA.

ES

EL RESULTADO

DE

MAS LA PRESIÓN MANOMÉTRICA. Pabs

=

Patm

+

Pman

SUMAR,

LA

PRESIÓN

E).- PRESIÓN HIDROSTÁTICA. LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA ES LA PRESIÓN QUE

SE EJERCE, EN CUALQUIER PUNTO EN EL INTERIOR DE UN LIQUIDO EN

REPOSO,

Y QUE ES IGUAL A LA ALTURA DE

DICHO PUNTO, CON RESPECTO

A LA SUPERFICIE DEL LIQUIDO, MULTIPLICADO POR EL PESO ESPECIFICO DEL LIQUIDO (p.e.). PARA EL AGUA, EN CONDICIONES NORMALES LA PRESIÓN

HIDROSTÁTICA (Ph), ES FUNCIÓN EXCLUSIVA DE LA ALTURA.

PRESIÓN HIDROSTÁTICA = ALTURA X P. e . F).- PRESIÓN DE VAPOR.

ES LA PRESIÓN QUE EJERCE EL VAPOR DE UN

LIQUIDO, AL MOMENTO DE DESPRENDERSE DE LA SUPERFICIE DEL LIQUIDO DURANTE SU EBULLICIÓN. ALGUNOS FACTORES DE CONVERSIÓN DE PRESIÓN, MÁS USUALES EN CALDERAS SON: 1 Kg/cm2 = 14.2 lb/plg2 1

Kg/cm 2 = 10,000 mm H 2 O

1 ATM = 760 mm Hg = 1.033 Kg/cm2 = 14.7 lb/plg2 1 mm Hg = 13.595 mm H20 = 133.32 Pa 1 bar = 14.5038 lb/plg2 = 100,000 Pa LOS PRINCIPALES, INSTRUMENTOS PARA MEDIR PRESIÓN EN CALDERAS SON: 1.- MANÓMETRO TIPO BOURDON. 2.-

MANÓMETRO TIPO DIAFRAGMA.

3.- TRANSMISOR DE PRESIÓN.

4).- TEMPERATURA

LA TEMPERATURA ES UNA VARIABLE, QUE NOS INDICA EN FORMA SENCILLA QUE TAN CALIENTE O FRIÓ SE ENCUENTRA UN CUERPO, EN FORMA MAS PRECISA, LA TEMPERATURA NOS INDICA, EL CONTENIDO DE ENERGÍA QUE

POSEE

UN

TEMPERATURA

CUERPO.

SON

LOS

LAS

UNIDADES

GRADOS

MÁS

CENTÍGRADOS

COMUNES (°C),

Y

PARA

MEDIR

LOS

GRADOS

FAHRENHEIT (°F). PARA CONVERTIR °C a °F, O VICEVERSA, SE EMPLEAN LAS FORMULAS SIGUIENTES: °C = (°F. - 32)/l.8 ....... (1) °F = 1 .8 X °C + 32 ................................. (2)

ASI PARA CONVERTIR 212 °F EN °C, PROCEDEMOS DE LA FORMA SIGUIENTE. EMPLEANDO LA FORMULA (1): °C = (212 - 32)/l.8 212 °F =

=

180/1.8

=

100, POR LO TANTO:

100Oc

PROCEDIENDO EN FORMA

INVERSA,

PARA CONVERTIR

100 °C EN

°F, EMPLEAMOS LA FORMULA (2): °F = 1.8 X 100

+

32

=

POR LO TANTO: 100 OC = 212 °F LOS PRINCIPALES INSTRUMENTOS PARA MEDIR TEMPERATURA EMPLEADOS EN CALDERAS SON: 1.- TERMÓMETRO BIMETÁLICO. 2.- TERMÓMETRO DE SISTEMA TERMAL LLENO. 3.- TERMOPAR. 4.- TERMISTOR. 5.- TRANSMISOR DE TEMPERATURA.

180 + 32

=

212,

5). CALOR. SE LLAMA CALOR AL MOVIMIENTO DE ENERGÍA QUE SE PRODUCE ENTRE DOS O MAS CUERPOS A DISTINTA TEMPERATURA. EL CALOR SIEMPRE SE DESPLAZARA DEL CUERPO MAS CALIENTE AL CUERPO MAS FRIÓ. A CONSECUENCIA DE LA PERDIDA DE ENERGÍA OCASIONADA POR EL MOVIMIENTO DE

CALOR,

EL

CUERPO

A

MAYOR

TEMPERATURA

(MAS

CALIENTE)

SE

ENFRIARA, ES DECIR BAJARA SU TEMPERATURA, POR LO MISMO EN EL CUERPO MAS FRIÓ (A MENOR TEMPERATURA) SU TEMPERATURA SE ELEVARA, ES DECIR SE CALENTARA, ESTO CONTINUARA HASTA QUE TODOS QUEDEN CON IGUAL TEMPERATURA.

LA

VARIACIÓN

EN

LA

TEMPERATURA

DE

LOS

CUERPOS

A

CONSECUENCIA DEL MOVIMIENTO DE CALOR NO OCURRE SIEMPRE EN TODOS LOS CASOS; EN ALGUNOS CASOS EL MOVIMIENTO DE CALOR NO MODIFICARA LA TEMPERATURA DEL CUERPO, ESTO OCURRE AL AGREGAR O RETIRAR CALOR, EL CUERPO EXPERIMENTA UN CAMBIO DE ESTADO, EN ESTAS CONDICIONES LA TEMPERATURA

DEL

CUERPO

PERMANECE

SIN

VARIACIÓN

HASTA

QUE

LA

SUSTANCIA, HAYA PASADO COMPLETAMENTE DE UN ESTADO A OTRO. LAS UNIDADES PARA MEDIR EL CALOR MAS USUALES, SON LA CALORÍA

(cal),

KILOCALORIA

(Kcal)

Y

LOS

BTU

(UNIDAD

TÉRMICA

BRITÁNICA) LOS FACTORES DE CONVERSIÓN ENTRE ESTAS UNIDADES SON: 1 Kcal = 1000 cal 1 BTU

= 252 cal 6). TRANSFERENCIA DE CALOR.

EL CALOR COMO YA SE INDICO EN EL INCISO, ANTERIOR, ES UNA FORMA DE ENERGÍA, Y FLUYE DE LOS OBJETOS MAS CALIENTES HACIA LOS MAS FRÍOS, LA TRANSFERENCIA DE CALOR TRATA DE LOS MECANISMOS A TRAVÉS DE LOS CUALES OCURRE EL MOVIMIENTO DE CALOR DE UN CUERPO A

OTRO. LOS MECANISMOS A TRAVÉS DE LOS CUALES SE TRANSFIERE EL CALOR PUEDE SER UNO O LA COMBINACIÓN DE CUALQUIERA DE LOS MECANISMOS SIGUIENTES: A). CONDUCCIÓN. B). CONVECCIÓN. C). RADIACIÓN.

A). CONDUCCIÓN. SE ENTIENDE COMO LA TRANSFERENCIA DE CALOR QUE PUEDE OCURRIR CUANDO DOS SOLIDOS NO POROSOS A DISTINTA TEMPERATURA SE PONEN EN CONTACTO; O BIEN LA CONDUCCIÓN SE PUEDE PRESENTAR EN UN MISMO SOLIDO NO POROSO, CUANDO EL DICHO CUERPO EXISTEN DOS PUNTOS A TEMPERATURA DIFERENTE.

B). CONVECCIÓN ES LA TRANSFERENCIA DE CALOR ENTRE PORCIONES DE UN FLUIDO (LIQUIDO O GAS) QUE EXISTEN BAJO UNA DIFERENCIA DE TEMPERATURA, ES DECIR CUANDO DOS O MAS PORCIONES DE UN MISMO FLUIDO SE ENCUENTRAN A

DISTINTA

TEMPERATURA.

LA

VELOCIDAD

DE

TRANSFERENCIA

POR

CONVECCIÓN A VECES LENTA PARA CONVECCIÓN LIBRE O NATURAL Y RÁPIDA PARA CONVECCIÓN FORZADA, CUANDO EXISTEN MEDIOS ARTIFICIALES PARA MEZCLAR O AGITAR EL FLUIDO.

C). RADIACIÓN. ES LA TRANSFERENCIA DE CALOR DE UNA FUENTE DE RADIACIÓN (CUERPO O SUSTANCIA A UNA TEMPERATURA MUY ELEVADA) A OTRO CUERPO, EN DONDE UNA PARTE DE CALOR ES ABSORBIDO EN EL RECEPTOR Y OTRA PORCIÓN ES REFLEJADA DEL MISMO.

EL MECANISMO A TRAVÉS DEL CUAL SE TRANSFIERE EL CALOR POR RADIACIÓN, ES A TRAVÉS DE ONDAS DE ENERGÍA, MUY SEMEJANTES A OTRAS FORMAS DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (POR EJEMPLO, LAS ONDAS DE LUZ Y LAS DE RADIO). 7). EL CONTROL AUTOMÁTICO Y SUS ELEMENTOS. UN CONTROLADOR AUTOMÁTICO ES UN INSTRUMENTO QUE MIDE EL VALOR DE UNA CANTIDAD O CONDICIÓN VARIABLE, Y QUE OPERA PARA CORREGIR

O

LIMITAR

LA

DESVIACIÓN

DE

ESTE

VALOR

MEDIDO

CON

REFERENCIA A UN VALOR PREVIAMENTE SELECCIONADO (SET-POINT). EL OBJETO DE ESTE CIRCUITO ES MEDIR Y CONTROLAR UNA VARIABLE,

LA

QUE

ESTA

INCLUIDA

EN

EL

"PROCESO"

O

SISTEMA

CONTROLADO QUE COMPRENDE LAS FUNCIONES EJECUTADAS EN Y POR EL EQUIPO EN EL CUAL LA VARIABLE VA A SER CONTROLADA; LAS VARIABLES MÁS COMUNES QUE NOSOTROS CONOCEMOS Y QUE NECESITAMOS CONTROLAR SON: TEMPERATURA, PRESIÓN, FLUJO Y NIVEL. A). ELEMENTO DE UN CONTROLADOR AUTOMÁTICO. LOS ELEMENTOS DE

UN

CONTROLADOR AUTOMÁTICO LOS PODEMOS

CLASIFICAR EN LA FORMA SIGUIENTE: 1.- LOS ELEMENTOS DE MEDICIÓN, a). EL ELEMENTO PRIMARIO. b). ELEMENTO SECUNDARIO O DE TRANSMISIÓN. 2.- EL SISTEMA DE CONTROL. 3.- EL ELEMENTO FINAL DE CONTROL.

ELEMENTO DE MEDICIÓN. LOS ELEMENTOS DE MEDICIÓN, SON AQUELLOS ELEMENTOS DE UN CONTROLADOR

AUTOMÁTICO,

LOS

CUALES

ES

SU

FUNCIÓN

INDAGAR

Y

COMUNICAR

A

LOS

MEDIOS

DE

CONTROL

EL

VALOR

DE

LA

VARIABLE

CONTROLADA.

a ) . ELEMENTO PRIMARIO.

EL ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN ES AQUEL QUE DETECTA EL VALOR DE LA VARIABLE, O SEA ES LA PORCIÓN DE LOS MEDIOS DE MEDICIÓN QUE PRIMERO UTILIZA O TRANSFORMA LA ENERGÍA DEL MEDIO CONTROLADO, PARA PRODUCIR UN EFECTO QUE ES UNA FUNCIÓN DE LA VARIABLE CONTROLADA. LOS ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICIÓN MÁS COMUNES SON: PARA TEMPERATURA. TERMÓMETROS DE SISTEMA TERMAL LLENO, TERMOPARES, DE RESISTENCIA,

PIROMETROS

DE

RADIACIÓN,

ETC.

BOURDON, FUELLES Y DIAFRAGMAS, ETC. PARA ORIFICIO,

TUBO

VENTURI,

TOBERA

PARA FLUJO.

PRESIÓN.

TUBO

PLACA

DE

DE FLUJO, CAMPANA DE FLUJO

DALL, ETC. NIVEL. ÓPTICOS, DESPLAZADORES, FLOTADORES, MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL, ETC.

b ) . ELEMENTO SECUNDARIO O DE TRANSMISIÓN. EL

ELEMENTO

SECUNDARIO

DE

MEDICIÓN

Y

TRANSMISIÓN

SE

ENCARGA DE AMPLIFICAR LA SEÑAL PROVENIENTE DEL ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN, O BIEN EN TRANSFORMAR ESA FUNCIÓN EN UNA SEÑAL ÚTIL, FÁCILMENTE MEDIBLE,

COMO UNA SEÑAL ELÉCTRICA O UNA

PRESIÓN

NEUMÁTICA,

QUE

DEPENDIENDO

INSTRUMENTOS, SON SEÑALES DE:

DE

LOS

FABRICANTES

4 A 20 ó 10 A 50

DE

mA EN LOS

Y DE 3 A 15 Ó 6 A 30 lb/pulg2 EN EL CASO DE LOS

ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS. LA

SEÑAL

DETECTADA

Y

TRANSMITIDA

POR

LOS

MEDIOS

DE

MEDICIÓN (ELEMENTO PRIMARIO Y SECUNDARIO) ES UNA FUNCIÓN DE LA VARIABLE CONTROLADA O SEA DE LA CANTIDAD O CONDICIÓN QUE ES MEDIDA Y/O CONTROLADA. LA SEÑAL DE LA VARIABLE CONTROLADA YA SEA ELÉCTRICA, NEUMÁTICA,

HIDRÁULICA,

ELECTRÓNICA,

ETC.,

ES

TRASMITIDA

SIMULTÁNEAMENTE A UN DISPOSITIVO DE INDICACIÓN Y/O REGISTRO Y A UN CONTROLADOR. LOS TRANSMITIR

ELEMENTOS SEÑALES

DE

DE

TRANSMISIÓN

LAS

VARIABLES

SON DE

EMPLEADOS

CONTROL

COMO

PARA SON:

TEMPERATURA, FLUJO, NIVEL Y PRESIÓN, A LOS CUALES SE LES DA EL NOMBRE DE TRANSMISORES DE FLUJO (TF), NIVEL (TN), PRESIÓN (TP) Y TEMPERATURA (TT). HAY

DIFERENTES

TIPOS

DE

TRANSMISORES

NEUMÁTICOS

O

ELECTRÓNICOS. EN ALGUNOS SE TIENE EN EL TRANSMISOR UNA ESCALA PARA LEER EL VALOR DE LA VARIABLE DIRECTAMENTE EN EL, A ESTE TIPO DE TRANSMISORES SE LES DA EL NOMBRE DE TRANSMISORES INDICADORES; YA QUE TRASMITEN LA SEÑAL DE LA VARIABLE HACIA UN CONTROLADOR O EN SU CASO A UN REGISTRADOR, Y AL MISMO TIEMPO INDICAN EL VALOR DE LA VARIABLE. LA SEÑAL QUE MANDAN LOS TRANSMISORES DE FLUJO ES DE TIPO CUADRÁTICA, YA QUE ASI SE GENERA EN EL ELEMENTO PRIMARIO DE

MEDICIÓN; PARA CONVERTIRLA EN UNA SEÑAL LINEAL, ESTOS TRANSMISORES GENERALMENTE VAN ACOMPAÑADOS DE OTRO INSTRUMENTO, AL CUAL SE LE DA EL NOMBRE DE EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA, EL CUAL SE ENCARGA DE CONVERTIR LA SEÑAL CUADRÁTICA EN UNA SEÑAL LINEAL Y ASI PODER MANDARLA A UN CONTROLADOR. EN EL CASO DE QUE LA SEÑAL DEL TRANSMISOR DE FLUJO VAYA ÚNICAMENTE

A

UN

REGISTRADOR,

EL

TRANSMISOR

PUEDE

O

NO

IR

ACOMPAÑADO DE UN EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA. SI NO SE EMPLEA EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA EN EL REGISTRADOR SE DEBE UTILIZAR UNA GRÁFICA DE TIPO LOGARÍTMICA, EN EL CASO CONTRARIO SE DEBE UTILIZAR UNA GRÁFICA DE TIPO LINEAL.

2.- EL SISTEMA DE CONTROL. EL ELEMENTO DE MEDICIÓN ESTA GENERALMENTE EN CONTACTO DIRECTO CON LA MATERIA A LA QUE SE LE ESTA MIDIENDO, YA SEA SU TEMPERATURA, PRESIÓN, FLUJO O NIVEL. LA SEÑAL GENERADA EN EL ELEMENTO DE MEDICIÓN LA RECIBE EL TRANSMISOR EL CUAL ENVÍA LA SEÑAL YA TRANSFORMADA (ELÉCTRICA O NEUMÁTICA) AL CONTROLADOR; EN ESTE CONTROLADOR SE COMPARA LA SEÑAL QUE VIENE DEL TRANSMISOR CON UNA SEÑAL DE MAGNITUD DETERMINADA, FIJADA POR EL OPERADOR POR MEDIO

DEL

PUNTO

DE

CONTROL

(SET

TRANSMISOR ES DIFERENTE DE LA SEÑAL DE

POINT).

SI

LA

SEÑAL

DEL

SET POINT, EL CONTROLADOR

ENVÍA UNA CORRECCIÓN A LA VÁLVULA DE CONTROL, PARA TRATAR DE IGUALAR EL VALOR DE LA VARIABLE QUE SE TRATA DE CONTROLAR AL VALOR DESEADO QUE FIJA EL SET POINT; AL CORREGIRSE LA VARIABLE A ESTE NUEVO VALOR EL TRANSMISOR ENVIARA OTRA VEZ UNA SEÑAL A COMPARARSE

EN EL CONTROLADOR CON EL VALOR FIJADO POR EL SET-POINT. SI VUELVE A HABER DIFERENCIA SE GENERA UNA SEÑAL CORRECTIVA A LA VÁLVULA, PROCEDENTE DEL CONTROLADOR ESTE PROCESO SE REPITE INDEFINIDAMENTE. 3.- ELEMENTO FINAL DE CONTROL.

EL ELEMENTO FINAL DE CONTROL, EN UN SISTEMA DE CONTROL SE TRATA DE UNA VÁLVULA AUTOMÁTICA CONTROLADORA DE FLUJO, LA CUAL GENERALMENTE ES ACTUADA POR UNA SEÑAL NEUMÁTICA, PROVENIENTE DE UN CONTROLADOR,

LA

VÁLVULA

AUTOMÁTICA

ACTÚA

SOBRE

EL

AGENTE

DE

CONTROL MODIFICANDO EL FLUJO DEL MISMO Y AFECTADO EN ESTA FORMA A LA VARIABLE DE CONTROL A LA CUAL SE BUSCA AJUSTAR A UN VALOR DESEADO (SET-POINT). CUANDO LA VÁLVULA AUTOMÁTICA, SE ENCUENTRA MUY ALEJADA DEL

CONTROLADOR,

SE

EMPLEA

OTRO

INSTRUMENTO

CONOCIDO

COMO

POSICIONADOR, EL CUAL EN LA MAYOR PARTE DE LOS CASOS SE MONTA SOBRE EL CUERPO DE LA VÁLVULA, Y SE EMPLEA PARA AJUSTAR LA ABERTURA

DE

LA

VÁLVULA

A

LA

POSICIÓN

SOLICITADA

POR

EL

CONTROLADOR.

3.1 TIPO DE ACCIONES EN LAS VÁLVULAS DE CONTROL.

SEGÚN SU ACCIÓN, LOS CUERPOS DE LAS VÁLVULAS SE DIVIDEN EN VÁLVULAS DE ACCIÓN DIRECTA, CUANDO SE TIENEN QUE BAJAR PARA CERRAR, E INVERSA CUANDO TIENEN QUE BAJAR PARA ABRIR. ESTA MISMA DIVISIÓN SE APLICA A LOS SERVOMOTORES, QUE SON DE ACCIÓN DIRECTA,

CUANDO APLICANDO AIRE, EL VASTAGO SE MUEVE HACIA ABAJO, E INVERSA CUANDO AL APLICAR AIRE EL VASTAGO SE MUEVE HACIA ARRIBA.

AL

COMBINAR

ESTAS

ACCIONES

SE

CONSIDERA

SIEMPRE

LA

POSICIÓN DE LA VÁLVULA SIN AIRE SOBRE SU DIAFRAGMA, CON EL RESORTE MANTENIENDO EL DIAFRAGMA Y POR LO TANTO LA VÁLVULA EN UNA DE SUS POSICIONES EXTREMAS. CUANDO LA VÁLVULA SE CIERRA AL APLICAR AIRE SOBRE EL DIAFRAGMA O SE ABRE CUANDO SE QUITA EL AIRE, DEBIDO A LA ACCIÓN DEL RESORTE, SE DICE QUE LA VÁLVULA SIN AIRE ABRE O AIRE PARA CERRAR (ACCIÓN DIRECTA). AL

ABRIR

LA

VÁLVULA

CUANDO

SE

APLICA

AIRE

SOBRE

EL

DIAFRAGMA Y SE CIERRA POR LA ACCIÓN DEL RESORTE, CUANDO SE QUITA EL AIRE, SE DICE QUE LA VÁLVULA SIN AIRE CIERRA O AIRE PARA ABRIR (ACCIÓN INVERSA). CONSIDERACIONES ANÁLOGAS SE APLICAN A LAS VÁLVULAS CON SERVOMOTOR ELÉCTRICO:

ACCIÓN

DIRECTA:

CON

EL

SERVOMOTOR

DESEXITADO

LA

VÁLVULA

ESTA

ABIERTA. ACCIÓN INVERSA: CON EL SERVOMOTOR DESEXITADO LA VÁLVULA ESTA CERRADA.

AL SELECCIONAR LA VÁLVULA ES IMPORTANTE CONSIDERAR ESTOS FACTORES DESDE EL PUNTO DE VISTA SEGURIDAD. NINGUNA INSTALACIÓN ESTA EXENTA DE AVERIAS Y UNA DE ELLAS PUEDE SER UN FALLO DE AIRE O

DE

CORRIENTE

DE

ALIMENTACIÓN

CON

LO

CUAL

LA

VÁLVULA

PASA

NATURALMENTE A UNA DE SUS POSICIONES EXTREMAS Y ESTA DEBE SER LA MAS SEGURA PARA EL PROCESO.

B). ALARMAS Y DISPOSITIVOS DE CORTE, EQUIPO PROTECTOR DE PROCESOS.

MUCHAS OPERACIONES EN LAS PLANTAS DE PROCESOS REQUIEREN ALGUNOS

MEDIOS

VARIABLES

DE

DE

DETECCIÓN

PROCESO.

LOS

DE

CONDICIONES

INSTRUMENTOS

PARA

ANORMALES

EN

MONITOREAR

LAS

ESTAS

VARIABLES SON ALARMAS DE LIMITE, PERMISIVOS Y DISPOSITIVOS DE CORTE. LOS DISPOSITIVOS DE DETECCIÓN SON GENERALMENTE REFERIDOS COMO

INTERRUPTORES.

ELÉCTRICOS.

LA

ESTO

MAYOR

NO

SIGNIFICA

PARTE

SON

QUE

TAMBIÉN

ELLOS

SOLO

UTILIZADOS

SEAN COMO

INTERRUPTORES ACTUADOS NEUMÁTICAMENTE, Y POR ENDE TAMBIÉN PUEDEN SER APLICADOS A CIRCUITOS DE CORTE.

LISTA

DE

DISPOSITIVOS

SENSORES

PERMISIVO Y/O PROTECCIÓN:

A.- ACTUADOS POR VARIABLE DIRECTA DE PROCESO: A.1.- DE FLUJO. A.2.- DE NIVEL. A.3.- DE PRESIÓN. A.4.- DE TEMPERATURA

PARA

ALARMA,

A.5.- DE VELOCIDAD.

B.- ACTUADOS POR SEÑAL NEUMÁTICA.

C.- ACTUADOS POR SEÑAL ELÉCTRICA.

7.1 INTERRUPTOR DE PRESIÓN (tipo diafragma y pistón). EL ELEMENTO SENSOR DE PRESIÓN EN ESTOS INTERRUPTORES ES UN PISTÓN ENSAMBLADO A UNA FLECHA Y SELLADO DEL PROCESO POR UN DIAFRAGMA Y ANILLO DE SELLO. LA

PRESIÓN

DEL

MATERIAL

DEL

PROCESO

ACTÚA

SOBRE

EL

PISTÓN, HACIENDO QUE ESTE SE MUEVA CONTRA LA FUERZA DEL RESORTE DEL RANGO; EL PISTÓN SE MUEVE ÚNICAMENTE UNA DECIMA DE MILÍMETRO PARA HACER ACTUAR EL MICROINTERRUPTOR, ES POR ELLO QUE HAY UN MÍNIMO DE FRICCIÓN, DESGASTE DE LAS PARTES Y MAS LINEALIDAD.

REDUCIR ESTA CANTIDAD DE AGUA EN EL VAPOR A VALORES DE FRACCIONES, REQUIERE DE SEPARADORES DE ALTA EFICIENCIA. LA IMPUREZA DEL VAPOR PUEDE EXPRESARSE CON LA SIGUIENTE FORMULA: % IMPUREZA = 100 - 100 Ps / NCb DONDE: Ps = PPM DE IMPUREZAS EN EL VAPOR. N

= RELACIÓN DE CIRCULACIÓN.

Cb = CONCENTRACIONES DEL AGUA DE LA CALDERA. LA FUNCIÓN DE LOS INTERNOS DEL DOMO EN LAS CALDERAS ES EL DE SEPARAR EL AGUA DEL VAPOR Y DIRIGIR EL FLUJO DE AGUA Y VAPOR CON UN PATRÓN ÓPTIMO QUE DISTRIBUYA UNIFORMEMENTE LA TEMPERATURA DEL METAL DEL DOMO DURANTE LA OPERACIÓN DE LA CALDERA. ESTOS INTERNOS PUEDEN SER DEL TIPO DE MAMPARAS METÁLICAS QUE PRODUCEN CAMBIOS DE DIRECCIÓN DE LA MEZCLA AGUA-VAPOR O SEPARADORES QUE IMPRIMEN UN MOVIMIENTO GIRATORIO O MALLAS QUE PROPORCIONAN UN SECADO FINAL AL VAPOR ANTES DE SALIR DEL DOMO.

EN LA SEPARACIÓN AGUA-VAPOR PARTICIPAN MUCHOS FACTORES COMO LOS SIGUIENTES:

a).

DENSIDAD DEL AGUA CON RESPECTO AL VAPOR.

b).

CAÍDA DE PRESIÓN DISPONIBLE EN EL DISEÑO DE INTERNOS DEL DOMO .

c).

LA CANTIDAD DE AGUA EN LA MEZCLA ENTRANDO

d).

NIVEL DE AGUA EN EL DOMO .

e).

CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN EL AGUA DE CALDERA . EN LA FIG .

3.1

AL

SE MUESTRA LA RELACIÓN DE

DOMO DE VAPOR .

LA

DENSIDAD DEL AGUA

A

LA

DENSIDAD DE VAPOR A DIFERENTES PRESIONES EN DONDE SE PUEDE APRECIAR QUE HEDIDA QUE POR

LO

LA

PRESIÓN SE INCREMENTA LA RELACIÓN DE DENSIDADES ES MENOR Y

LA

TANTO

REQUIRIENDO MUESTRAN

SEPARACIÓN

SEPARADORES

DIFERENTES

DEPENDIENDO

A

DEL

USO

DE

ESTOS

MÁS EFICIENTES .

TIPOS Y

ELEMENTOS EN

LAS FIG .

SEPARADORES ,

DE

ESPACIO

SE

DISPONIBLE

LOS PARA

HACE

3.2, 3,3

CUALES SU

MÁS

SON

Y

DIFÍCIL

3.4

SE

APLICABLES

INSTALACIÓN

Y

LAS

CONDICIONES DE PRESIÓN EN EL DOMO . COMO YA ANTES SE HABÍA MENCIONADO A MEDIDA DE QUE SE INCREMENTA LA PRESIÓN DE VAPOR LA SEPARACIÓN DEL AGUA DEL VAPOR SE TORNA MÁS DIFÍCIL , DE

LA

MISMA

MANERA ,

EL

TIPO

DE

SEPARADOR VA

CAMBIANDO

PARA

SATISFACER

LOS

OBTENER

LA

MÁXIMA EFICIENCIA DE SEPARACIÓN . LOS

INTERIORES

DEL

DOMO

DEBERÁN

SIGUIENTES

REQUISITOS :

1).

PROPORCIONAR VAPOR DE ALTA PUREZA , IMPIDIENDO CON ELLO DEPÓSITOS EN

LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR .

2).

PROPORCIONAR AGUA LIBRE DE VAPOR A LOS TUBOS DE BAJADA PARA OBTENER EL MÁXIMO DE CIRCULACIÓN .

3). MANTENER LA PUREZA DEL VAPOR, PESE A LOS CAMBIOS DEL NIVEL DEL AGUA, QUE OCURREN DURANTE LA OPERACIÓN NORMAL. 4). ASEGURAR QUE LA CAÍDA DE PRESIÓN A TRAVÉS DE LOS SEPARADORES SEA MÍNIMA.

5). ASEGURAR ACCESIBILIDAD MÁXIMA PARA LA INSPECCIÓN DEL DOMO Y DE LOS TUBOS. 6). SER DE UN DISEÑO SENCILLO PARA REDUCIR AL MÍNIMO EL TIEMPO DE INSTALACIÓN Y CAMBIO.

3.2 TUBOS DE LA CALDERA. UNO DE LOS COMPONENTES MAS IMPORTANTES EN LAS CALDERAS, SON LOS TUBOS DE LAS MISMAS, PUDIENDO SER ESTOS, TUBOS RECTOS O CURVOS. LOS PRIMEROS DESEMPEÑAN UN PAPEL MUY IMPORTANTE EN EL GENERADOR, PUESTO QUE SON LOS QUE ESTÁN COLOCADOS ALREDEDOR DEL HOGAR, RAZÓN POR LA CUAL TIENEN LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN DE CALOR MAS ALTA Y ESTÁN SUJETOS A FLUCTUACIONES DE TEMPERATURA Y PRESIÓN MAS, FUERTES. LOS TUBOS DE UNA CALDERA SE LES CLASIFICA EN: A). TUBOS DESCENDENTES O BAJANTES. B). TUBOS ASCENDENTES, EBULLIDORES O HERVIDORES.

A). TUBOS DESCENDENTES O BAJANTES. SE LLAMAN TUSOS DESCENDENTES DEV1DO A QUE POR ELLOS EL AGUA, RELATIVAMENTE FRÍA, DESCIENDE HACIA EL DOMO INFERIOR; ESTOS TUBOS ESTÁN COLOCADOS EN LA ZONA DE CONVECCIÓN DE LA CALDERA, RECIBIENDO POR ESTA RAZÓN EL CALOR POR CONVECCIÓN DE LOS GASES QUE SE DESPRENDEN EN EL HOGAR. A MEDIDA QUE EL AGUA DESCIENDE A TRAVÉS DE

ELLOS

SU

TEMPERATURA

SE

ESPECIFICO) VA DISMINUYENDO.

VA

ELEVANDO

Y

SU

DENSIDAD

(PESO

B).

TUBOS ASCENDENTES O EBULLIDORES. ESTOS TUBOS RECIBEN SU NOMBRE, DEBIDO A QUE A TRAVÉS DE

ELLOS EMPIEZA A EBULLIR EL AGUA, ES DECIR EL AGUA EMPIEZA A CONVERTIRSE EN VAPOR, A MEDIDA QUE ASCIENDE DE RETORNO AL DOMO SUPERIOR.

ESTOS

TUBOS

SE

ENCUENTRAN

COLOCADOS

EN

LA

ZONA

DE

RADIACIÓN FORMANDO EN SU MAYORÍA LAS PAREDES DE AGUA DEL HOGAR, RECIBIENDO DEBIDO A ESTO EL CALOR POR RADIACIÓN DIRECTAMENTE DE LA FLAMA EN EL HOGAR. LA FORMA MAS CONVENIENTE PARA PROTEGER DICHOS TUBOS CONTRA FALLAS, ES LA DE ASEGURAR A TRAVÉS DE ELLOS UNA CIRCULACIÓN. DE AGUA

ADECUADA,

BAJO

TODAS

LAS

CONDICIONES,

QUE

LA

OPERACIÓN

REQUIERE. ESTOS TUBOS, COMO ANTERIORMENTE

SE

INDICA, VAN UNIDOS EN

SUS EXTREMOS A DOS CABEZALES (SUPERIOR E INFERIOR) EN LOS CUALES VAN ROLADOS LOS TUBOS O TAMBIÉN EN ALGUNOS DISEÑOS, LA FORMA CON QUE SE UNEN A LOS CABEZALES ES POR LA

FUNCIÓN

PRINCIPAL

MEDIO

DEL

DE SOLDADURA.

RESTO

DE

LOS

TUBOS

EN

EL

GENERADOR DE VAPOR, ES LA DE ESTABLECER LA CIRCULACIÓN DEL AGUA EN LA CALDERA, LA CUAL POR LA DIFERENCIA DE DENSIDAD ENTRE EL AGUA QUE ENTRA Y LA QUE VA ELEVANDO SU TEMPERATURA, POR EL INTERCAMBIO DE CALOR QUE SE PRESENTA, HACE QUE ESTA TENGA LUGAR. SE HA

ENCONTRADO QUE EL DISEÑO QUE MAS FAVORECE A ESTOS ES EL QUE CONSTAN DE UNA O MAS CURVAS DENTRO DE LA MISMA LONGITUD DE UN MISMO TUBO, DANDO CON ELLO LA FORMACIÓN DE TUBOS CURVOS, LA VENTAJA QUE DE ELLO SE DESPRENDE ES QUE DEBIDO A SU DISEÑO PUEDE SOPORTAR MEJOR LAS EXPANSIONES PROVOCADAS POR LA TEMPERATURA Y PRESIÓN QUE TIENEN LUGAR DENTRO DE LA CALDERA. LA FORMA EN QUE ESTOS TUBOS SE CONECTAN A LOS DOMOS DE LA CALDERA, ES RADIAL Y VAN ROLADOS A ESTOS.

3.3

NIVEL ÓPTICO. TODAS

LAS

CALDERAS

DE

VAPOR

ESTÁN

EQUIPADAS

CON

UN

INDICADOR DE NIVEL DE AGUA QUE PERMITE LA OBSERVACIÓN VISUAL DE LA CANTIDAD DE AGUA QUE CONTIENE LA CALDERA. PUDIENDO SER ESTOS DE INDICACIÓN DIRECTA O REMOTA. EN EL PRIMER CASO, VA CONECTADO A UNA COLUMNA, LA CUAL A SU VEZ PARTE POR MEDIO DE CONEXIONES COLOCADAS DEL DOMO SUPERIOR, TANTO DEL LADO DE AGUA COMO LA DE VAPOR. SOLDADAS AL CUERPO DE DICHA COLUMNA TIENE TRES VÁLVULAS DE PRUEBA, PERMITIENDO CON LO ANTERIOR

AL OPERADOR CERCIORARSE MANUALMENTE

DEL NIVEL DEL AGUA DENTRO DE LA CALDERA, ADEMAS TIENEN UNA VÁLVULA DE PURGA, LA CUAL SE OPERA UNA VEZ POR GUARDIA PARA ASEGURAR NO SE VAYA

OBSTRUCCIONANDO

CON

SEDIMENTOS

PRODUCTO

DEL

TRATAMIENTO

INTERNO. EL NIVEL DIRECTO CONECTADO A DICHA COLUMNA PUEDE SER BLOQUEADO POR MEDIO DE LAS VÁLVULAS QUE LO UNEN A ELLA, PARA PODER EN CASO NECESARIO DARLE MANTENIMIENTO EN OPERACIÓN. QUEDANDO AL

RECURSO DE COMPROBAR EL NIVEL DENTRO DE LA CALDERA POR MEDIO DE LOS GRIFOS DE PRUEBA O POR EL NIVEL REMOTO. EL INDICADOR DE NIVEL REMOTO IGUAL QUE EL ANTERIOR VA CONECTADO AL DOMO SUPERIOR POR MEDIO DE LAS VÁLVULAS DE BLOQUEO TANTO DEL LADO DE VAPOR COMO DEL LADO DE AGUA, GENERALMENTE DE TOMAS DIFERENTES, PARA NO TENER DE UN MISMO LADO LA FUENTE DE INFORMACIÓN Y QUE EN UN MOMENTO DADO TUVIERA EL MISMO ERROR. ESTE MANDA LA SEÑAL DE DICHO NIVEL A EL TABLERO GENERAL DE OPERACIÓN DE LA CALDERA.

3.4 DOMO INFERIOR O DOMO DE LODOS. UNO DE LOS MAYORES PROBLEMAS QUE SE PRESENTAN EN LA OPERACIÓN DE LA CALDERA, ES LA FORMACIÓN DE LODOS, PRODUCTO DEL TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA DE LA MISMA, SIENDO LA FUNCIÓN PRINCIPAL DEL DOMO INFERIOR, LA ELIMINACIÓN DE ESTOS, PARA EVITAR SE

DEPOSITEN

INCRUSTÁNDOLOS;

EN

LA

SUPERFICIE

QUE AL HACERLO,

INTERIOR

DE

LOS

TUBOS

ADEMAS DE BAJAR LA CAPACIDAD DE

TRANSMISIÓN DE CALOR EN LA CALDERA, PROVOCAN SOBRECALENTAMIENTOS QUE DEFORMAN EL TUBO Y POSTERIORMENTE AL DEBILITAR EL MATERIAL, LO ROMPEN. DE MODO QUE PARA MANTENER LA OPERACIÓN DE LA CALDERA EN UN GRADO DE SEGURIDAD ALTA, ES NECESARIA LA ELIMINACIÓN DE ESTOS LODOS,

HACIÉNDOSE

ESTA

EN

FORMA

PERIÓDICA,

POR

MEDIO

DE

LAS

VÁLVULAS COLOCADAS EN EL DOMO INFERIOR, LLAMADAS DE PURGA DE FONDO

O DE EXTRACCIÓN DE LA CALDERA. LA PRACTICA HA DEMOSTRADO QUE UNA VEZ POR GUARDIA ES MAS QUE SUFICIENTE PARA DESALOJAR LOS LODOS FORMADOS, ENTENDIÉNDOSE LO ANTERIOR, EN OPERACIÓN NORMAL, PUES EN OCASIONES ES NECESARIO PROGRAMAR PURGAS ADICIONALES. LA FORMA MAS ADECUADA

DE

HACER

LAS

EXTRACCIONES

DE

FONDO,

SERA

TRATADA

POSTERIORMENTE AL TRATARSE LO REFERENTE A DICHAS PURGAS.

3.5 PURGADO DE LA CALDERA. EL AGUA DE ALIMENTACIÓN DE LA CALDERA, CON INDEPENDENCIA DEL TIPO DE TRATAMIENTO USADO PARA PROCESAR EL REEMPLAZO, TODAVÍA CONTIENE CONCENTRACIONES MENSURABLES DE IMPUREZAS. LOS PRODUCTOS QUÍMICOS DEL TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA DE CALDERA CONTRIBUYEN TAMBIÉN AL NIVEL DE SOLIDOS EN EL AGUA DE CALDERA.

CUANDO SE GENERA VAPOR, SE DESCARGA DE LA CALDERA VAPOR DE LOS EN

AGUA

ESENCIALMENTE

PURO,

Y

ESTO

PERMITE

QUE

SOLIDOS INTRODUCIDOS EN EL AGUA DE ALIMENTACIÓN SE QUEDEN LOS

CIRCUITOS

DE

LA

CALDERA.

EL

RESULTADO

NETO

DE

QUE

CONTINUAMENTE SE AÑADAN IMPUREZAS Y SE SAQUE AGUA PURA ES UN AUMENTO ESTABLE EN EL NIVEL DE SOLIDOS DISUELTOS EN EL AGUA DE CALDERA.

EXISTE

UN

LÍMITE

PARA

LA

CONCENTRACIÓN

DE

CADA

COMPONENTE DEL AGUA DE CALDERA. PARA EVITAR QUE SE REBASEN ESTOS LIMITES DE CONCENTRACIÓN, SE SACA AGUA DE LA CALDERA COMO PURGA Y SE DESCARGA HACIA EL DESECHO. UNA

MANERA

DE

VER

EL

PURGADO

DE

LA

CALDERA

ES

CONSIDERARLO COMO UN PROCESO DE DILUCIÓN DE LOS S0LID05 DEL AGUA

DE CALDERA AL SACARLE AGUA DESDE EL SISTEMA A UNA VELOCIDAD QUE INDUCE UN FLUJO DE AGUA DE ALIMENTACIÓN HACIA LA CALDERA, EN EXCESO RESPECTO A LA DEMANDA DE VAPOR. EXISTEN DOS PUNTOS SEPARADOS PARA EL PURGADO EN CADA SISTEMA DE CALDERA. EN UNO SE ENCUENTRA EL FLUJO DE PURGADO QUE SE CONTROLA PARA REGULAR LOS SOLIDOS DISUELTOS U OTROS FACTORES EN EL AGUA DE CALDERA. EL OTRO ES UN PURGADO INTERMITENTE O DE MASA, QUE EN. GENERAL PROVIENE DEL TAMBOR DE LODOS O DE LOS CABEZALES DE LA PARED DE AGUA, Y EL QUE SE OPERA EN FORMA INTERMITENTE A UNA CARGA REDUCIDA PARA LIBERARLA DE LOS SOLIDOS SEDIMENTADOS ACUMULADOS EN LAS ÁREAS RELATIVAMENTE ESTANCADAS.

3.6 SOBRECALENTADORES EL CALOR APLICADO AL AGUA CONTENIDA EN UN RECIPIENTE CERRADO,

LA

TRANSFORMA

EN

VAPOR.

EN

TANTO

PERMANEZCA

CIERTA

CANTIDAD DE LIQUIDO EN EL RECIPIENTE, LA TEMPERATURA DEL AGUA Y LA DEL VAPOR PERMANECERÁN SUSTANCIALMENTE CONSTANTES, MANTENIÉNDOSE EL VAPOR EN ESTADO HÚMEDO, O SEA EN ESTADO DE SATURACIÓN. LA TEMPERATURA DEL VAPOR SERA DETERMINADA POR SU PRESIÓN. YA QUE PARA CADA

PRESIÓN

CORRESPONDIENTE.

DE

VAPOR

SATURADO

HAY

UNA

TEMPERATURA

LA CANTIDAD DE CALOR AGREGADA A DETERMINADA UNIDAD DE PESO DE AGUA, ES TAMBIÉN CONSTANTE PARA UNA PRESIÓN DADA DE VAPOR SATURADO. UNA VEZ QUE TODA EL AGUA SE HA EVAPORADO, O CUANDO EL VAPOR

SE

RETIRA

DEL

CONTACTO

CON

EL

LIQUIDO,

EL

SUMINISTRO

ADICIONAL DE CALOR AUMENTARA SU TEMPERATURA DE ACUERDO CON LAS LEYES QUE RIGEN PARA LOS GASES. LA PRODUCCIÓN DE VAPOR A TEMPERATURAS MAYORES QUE LA DE SATURACIÓN, RECIBE EL NOMBRE DE SOBRECALENTAMIENTO. LA TEMPERATURA AGREGADA SE LE LAMA GRADO DE SOBRECALENTAMIENTO. ESTO SE LOGRA CON LOS SOBRECALENTADORES DE LA CALDERA, QUE DE ACUERDO CON EL LUGAR QUE OCUPEN LA CALDERA PUEDE SER DE RADIACIÓN, CONVECCIÓN O UNA COMBINACIÓN DE AMBAS. LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR DEBEN TENER UN ENFRIAMIENTO ADECUADO,

PARA

EVITAR

SOBRECALENTAMIENTOS.

NECESITAN

UN

FLUJO

DE

VAPOR

RÁPIDO

PARA Y

LO

ANTERIOR

UNIFORMEMENTE

REPARTIDO. DICHA VELOCIDAD DEL VAPOR A TRAVÉS DE LOS TUBOS ESTA LIMITADA POR LA CAÍDA DE PRESIÓN ADMISIBLE.

LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR, ES UNA SERIE DE TUBOS DOBLADOS EN FORMA DE "U" O CON MAYOR NUMERO DE VUELTAS PARA AUMENTAR SU LONGITUD, CONECTADOS EN PARALELO ENTRE LOS CABEZALES DE ENTRADA Y SALIDA. GENERALMENTE DICHOS CABEZALES SON COLOCADOS FUERA DE LA CALDERA, LOS ELEMENTOS ESTÁN UNIDOS A LOS CABEZALES, POR MEDIO DE

SOLDADURA O POR MEDIO DE UNA CONEXIÓN ESFÉRICA QUE LA MANTIENE UNIDA AL MISMO. PARA

UNA

UNIDAD

DISEÑADA

PARA

ALTA

TEMPERATURA

DE

VAPOR

(APROXIMADAMENTE 900 °F O 482 °C), SE REQUIERE CONTROL INTERMEDIO DE TEMPERATURA SI EL COMBUSTIBLE PRINCIPAL ES PETRÓLEO Y EL SECUNDARIO DE GAS, AUNQUE LA CARACTERÍSTICA DE TEMPERATURA DE VAPOR ES LA MISMA PARA AMBOS COMBUSTIBLES. LA TEMPERATURA DEL VAPOR SERA APROXIMADAMENTE 50 °F (10 °C) MAYOR CON GAS QUE CON PETRÓLEO SI NO SE USA EL CONTROLADOR DE TEMPERATURA. EN ESTE RANGO DE TEMPERATURA, SIN EMBARGO, EL COSTO EXTRA DEL

CONTROL

DE

TEMPERATURA

INTERMEDIO

SE

PAGA

POR

LO

MENOS

PARCIALMENTE, ESTO POR LA REDUCCIÓN DE LA CANTIDAD Y/O LA CALIDAD DE

LA

FLUXERIA

SOBRECALENTADOR.

DE

ALEACIÓN

REQUERIDA

EN

LOS

ELEMENTOS

DEL

CUANDO

LA

DISPONIBILIDAD

DE

COMBUSTIBLE

ES

GAS

COMO

PRINCIPAL, EL CONTROLADOR DE TEMPERATURA NO SIEMPRE SE JUSTIFICA, ESPECIALMENTE CUANDO EL COMBUSTIBLE SECUNDARIO ES PETRÓLEO, Y SE USA MUY INFRECUENTEMENTE; POR LO QUE LA REDUCCIÓN DE EFICIENCIA DE LA PLANTA GENERADORA PODRÍA TOLERARSE POR PERIODOS CORTOS. PARA CALDERAS DISEÑADAS PARA COMBUSTIBLES DE BAJO PODER CALORÍFICO COMO CO, Y QUE ADEMAS DEBE SER CAPAZ DE GENERAR A PLENA CARGA CON PETRÓLEO O GAS, EL CONTROL DE TEMPERATURA RARA VEZ SE JUSTIFICA;

EN

ESTE

CASO

DEBE

SELECCIONARSE

S08RECALENTAD0R TEMPERATURA

DEL

VAPOR,

LA

CALIDAD

DEBIDO

A

PARA QUE

DE

ACERO

LA

USADO

CONDICIÓN

LAS

EN

DE

EL

MAYOR

COMBINACIONES

DE

COMBUSTIBLE NO ES CRITICA PARA LA OPERACIÓN DE LA PLANTA. EN EL SOBRECALENTADOR, LA ABSORCIÓN DE CALOR ES UNIFORME EN TODA LA ALTURA DEL ELEMENTO. CUALQUIER CANTIDAD DE CONDENSADO QUE LLEGARA A ACUMULARSE EN ALGUNOS DE LOS RETORNOS TIPO "U" DEL ELEMENTO,

SE

EVAPORA

ENFRIAMIENTO

DEL

RÁPIDAMENTE

METAL

A

LA

PERMITIENDO

TEMPERATURA

EL

FLUJO

ADECUADA;

Y

Y

EL COMO

PROTECCIÓN ADICIONAL, PUEDEN INSTALARSE TERMOPAREDES EN ALGUNOS DE LOS ELEMENTOS. ESTO PERMITE A LOS OPERADORES AJUSTAR LA COMBUSTIÓN Y EL VENTEO DEL VAPOR PARA DEJAR LA UNIDAD EN LINEA EN UN MÍNIMO DE TIEMPO EN CONDICIONES DE SEGURIDAD. LOS ELEMENTOS SE SOPORTAN DE LOS CABEZALES QUE ESTÁN LOCALIZADOS

FUERA

DEL

HORNO.

PARA

MANTENER

ALINEADOS

LOS

ELEMENTOS, SE UTILIZAN ESPACIADORES ENFRIADOS POR VAPOR SATURADO, DE TAL FORMA QUE SE EVITA TODA CANALIZACIÓN DE FLUJO DE GASES, LO CUAL PRODUCE ABSORCIÓN DESIGUAL DE CALOR EN LOS ELEMENTOS.

LOS ELEMENTOS TIENEN LA SUFICIENTE SEPARACIÓN ENTRE SI QUE EVITAN LA ACUMULACIÓN DE DEPÓSITOS.

3.6 CONTROL DE TEMPERATURA DE VAPOR.

LA TEMPERATURA DE VAPOR SOBRECALENTADO DEBE CONTROLARSE ENTRE OTRAS RAZONES, PORQUE UN SOBRECALENTAMIENTO EXCESIVO PUEDE DAÑAR

EL

SOBRECALENTADOR

Y

PORQUE

SU

VARIACIÓN

AFECTA

EL

RENDIMIENTO DEL GENERADOR DE VAPOR; PARA ESTO ULTIMO SE ESTIMA QUE UN CAMBIO DE TEMPERATURA DE 5.5 °C (10 °F) AFECTA EN UN 0.25% LA EFICIENCIA MENCIONADA. VARIABLES

QUE

AFECTAN

LA

TEMPERATURA

DE

VAPOR: % DE

CARGA, EXCESO DE AIRE, TEMPERATURA DEL AGUA DE' ALIMENTACIÓN, LIMPIEZA EN EL LADO DE GASES DEL GENERADOR, USO DE VAPOR PARA EQUIPO AUXILIAR, OPERACIÓN DE LOS QUEMADORES, CARACTERÍSTICA DE LOS COMBUSTIBLES, ETC. LA TEMPERATURA DE VAPOR SE PUEDE "AJUSTAR" O CONTROLAR”. PARA

AJUSTARLOS

SE

PUEDE:

QUITAR

O

PONER

ELEMENTOS

(TUBOS) AL SOBRECALENTADOR, VARIAR LAS DIMENSIONES DE LAS MAMPARAS FRENTE A LOS TUBOS

Y CAMBIAR LA

VELOCIDAD DE FLUJO A TRAVÉS DEL

MISMO SOBRECALENTADOR. PARA TODO ELLO SE DEBEN HACER PREVISIONES

EN EL DISEÑO DEL GENERADOR Y LOS CAMBIOS DE CUALQUIER MODO SE HACEN CON LA UNIDAD FUERA DE SERVICIO.

PARA CONTROLAR LA TEMPERATURA DE VAPOR HAY VARIOS MODOS, PERO ANTES DEBE CONSIDERARSE ALGO TAMBIÉN IMPORTANTE:

INDEPENDIENTEMENTE DEL TIPO DE CONTROL, "EL SOPLADO" DE LA UNIDAD DEBERÁ HACERSE CON LA REGULARIDAD REQUERIDA PARA EVITAR CAMBIOS INNECESARIOS EN LAS CONDICIONES DE TRABAJO. LOS MÉTODOS O MEDIOS DE CONTROL SON: a) LA VARIACIÓN DEL EXCESO DE AIRE. b) LA RECIRCULACIÓN DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. c) EL USO DE QUEMADORES MÓVILES. d) LA DERIVACIÓN (BY-PASS) DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. a)

LA

SELECCIÓN

DEL

NUMERO Y POSICIÓN DE LOS QUEMADORES f)

EN

OPERACIÓN

EL

SISTEMA

ATEMPERADOR.

LOS PRIMEROS CINCO MODOS SE BASAN EN LAS VARIACIONES DE LA CANTIDAD DE CALOR ABSORBIDO POR LOS SOBRECALENTADORES, EL MODO OCHO

SE

BASA

EN

LA

REDUCCIÓN

DE

LA

TEMPERATURA

DEL

VAPOR.

FINALMENTE SE TRATARA EL TEMA DE LOS ATEMPERADORES. ESTOS SE PUEDEN CLASIFICAR DE LA SIGUIENTE MANERA: ATEMPERADORES

1.- DE SUPERFICIE a) DE CAMBIADOR DE CALOR EXTERNO, b) DE CAMBIADOR DE CALOR DE DOMO.

2.- DE CONTACTO DIRECTO. EL ATEMPERADOR DE CONTACTO DIRECTO UTILIZA UN ROCIADOR QUE MEZCLA AGUA QUÍMICAMENTE PURA CON EL VAPOR GENERADO MODIFICANDO ASI SU TEMPERATURA. EL AGUA DE ROCÍO SE CONTROLA CON UNA VÁLVULA DE TIPO ESPECIAL. CUANDO

SE

HABLA

DE

ATEMPERACIÓN

DEBE

CONSIDERARSE

QUE ESTA PUEDE HACERSE EN TRES DIFERENTES LUGARES: 1) A LA SALIDA DE DOMO DE VAPOR. 2) ENTRE EL PRIMERO Y SEGUNDO PASO DEL SOBRECALENTADOR. 3) A LA SALIDA DEL SOBRECALENTADOR. TAMBIÉN ES IMPORTANTE CONSIDERAR QUE LA PUREZA DEL AGUA INFLUYE EN EL BUEN COMPORTAMIENTO DE UN ATEMPERADOR DE CONTACTO DIRECTO. LA MÁXIMA CONCENTRACIÓN DE SOLIDOS TOLERABLE EN ESTOS CASOS ES DE 2.5 PPM. 3.7 AUXILIARES DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR.

1).-

VÁLVULAS

DE

SEGURIDAD

DE

LA

CALDERA.

ES

ABSOLUTAMENTE

NECESARIO DOTAR A LA CALDERA DE UN DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN QUE PREVENGA EL AUMENTO DE PRESIÓN MAS ALLÁ DE LA DE DISEÑO, CON LO CUAL NO SOLAMENTE SE PROTEGE

LA CALDERA SINO TODO

EL EQUIPO AL QUE ESTE ALIMENTANDO.

ESTE DISPOSITIVO NO ES OTRA COSA QUE

LA

VÁLVULA DE SEGURIDAD DE

LA CALDERA, DEPENDIENDO DE LA CAPACIDAD DE LA MISMA, ES EL NUMERO DE ESTAS QUE NECESITA. VAN COLOCADAS EN EL DOMO SUPERIOR Y EN EL SOBRECALENTADOR,

SIENDO

LA

OPERACIÓN

DE

ESTAS

ESCALONADA,

INICIÁNDOSE CON LA VÁLVULA DEL SOBRECALENTADOR, PARA GARANTIZAR QUE SIEMPRE HAYA FLUJO DE VAPOR A TRAVÉS DE LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR, EL CUAL SIRVE COMO MEDIO DE ENFRIAMIENTO DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR, EN CASO DE NO ABRIR LA VÁLVULA DE SEGURIDAD DEL DOMO O DE SER NECESARIO ABRIRÁN A CONTINUACIÓN LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD DEL DOMO EN EL ORDEN EN QUE SE ENCUENTREN CALIBRADAS.

VENTEOS DE LA CALDERA. EN LA CALDERA SE ENCUENTRAN COLOCADOS VENTEOS TANTO EN EL SOBRECALENTADOR COMO EN EL DOMO, EL VENTEO DEL SOBRECALENTADOR SE EMPLEA DURANTE EL ENCENDIDO DE UNA CALDERA PARA ASEGURAR UN FLUJO MÍNIMO DE VAPOR QUE SIRVA COMO ENFRIAMIENTO DE LOS TUBOS DEL MISMO, CERRÁNDOSE CUANDO LA CALDERA ALCANZA UNA CARGA DE UN 30 % DE SU CARGA DE OPERACIÓN NORMAL, ESTE VENTEO TAMBIÉN SE HABRÉ DURANTE EL DISPARO DE UNA CALDERA CON EL FIN ASEGURAR PASO DE VAPOR A TRAVÉS DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR

Y EVITAR

ASI

DAÑOS A LOS TUBOS

DEL MISMO Y DURANTE EL PARO DE

UNA CALDERA NOS PERMITEN DEPRESIONARLA. EN EL DOMO SE ENCUENTRAN LOCALIZADOS GENERALMENTE DOS O MAS VENTEOS, LA FUNCIÓN DE ESTOS VENTEOS ES LA DE PERMITIR DESALOJAR EL AIRE QUE SE ENCUENTRE EN EL DOMO DURANTE EL ENCENDIDO DE LA CALDERA, CERRÁNDOSE, CUANDO EN LA CALDERA SE TENGA ENTRE 5 A 9 Kg/cm2, DURANTE EL PARO DE UNA CALDERA SE EMPLEAN PARA DEPRESIONAR LA CALDERA. EN ALGUNOS SOBRECALENTADORES SE TIENEN DRENES O PURGAS LA FUNCIÓN DE ESTOS DRENES ES LA DESALOJAR EL CONDENSAD© O AIRE QUE SE ENCUENTRE ALOJADO EN LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR, DURANTE EL ENCENDIDO DE LA CALDERA, CERRÁNDOSE CUANDO A TRAVÉS DE ELLOS SALE VAPOR

SECO,

EN

ALGUNAS

CALDERAS

EL

DREN

QUE

SE

ENCUENTRA

LOCALIZADO EN EL CABEZAL DE SALIDA DEL SOBRECALENTADOR SE EMPLEA EN SUSTITUCIÓN DEL VENTEO DEL SOBRECALENTADOR PARA ASEGURAR EL PASO DE VAPOR A TRAVÉS DE LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR Y PERMITIR SU ENFRIAMIENTO, CUANDO EL DREN PERMITE EL PASO DE LA CANTIDAD SUFICIENTE DE VAPOR Y ES DE MAS FÁCIL ACCESO QUE EL VENTEO, EN ESTOS CASOS SE CIERRA EL VENTEO CUANDO LA CALDERA ALCANZA SU PRESIÓN DE OPERACIÓN, CERRÁNDOSE EL DREN, CUANDO LA CALDERA ESTA GENERANDO UN 30% DE SU CARGA NORMAL. 4.0 COMPONENTES DEL CIRCUITO AIRE-GASES. EN ESTE CAPITULO ANALIZAREMOS EL FUNCIONAMIENTO DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DEL CIRCUITO AIRE-GASES CON LA INTENCIÓN DE QUE

SE

DISPONGA

DE

UNA

IDEA

MAS

CLARA

DE

LA

FORMA

EN

QUE

INTERVIENEN CADA UNO DE ESTOS, EN LA OPERACIÓN DEL CIRCUITO AIREGASES. 4.1 T I R O S . PARA MANTENER LA COMBUSTIÓN ES INDISPENSABLE SUMINISTRAR AIRE Y SACAR LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN. EL FLUJO DE LOS ' GASES ES ORIGINADO POR LA DIFERENCIA DE PRESIÓN ENTRE EL HOGAR Y EL PUNTO DE ESCAPE DE LOS GASES DE LA CALDERA, O SEA EL TIRO; ESTE SE PUEDE CONSEGUIR POR MEDIOS NATURALES O MECÁNICOS. EN EL PRIMER CASO EL FLUJO DE AIRE SE LLEVA A CABO, PORQUE EL PESO DEL AIRE CALIENTE ALOJADO EN LA CHIMENEA, ES MENOR QUE EL QUE ENTRA A EL HOGAR, PRODUCIÉNDOSE POR ESTO EL TIRO, LLAMADO NATURAL, PORQUE NO INTERVIENE NINGÚN MEDIO MECÁNICO PARA TAL FIN. ESTE TIPO DE TIRO SE EMPLEA GENERALMENTE EN CALDERAS DE MUY BAJA CAPACIDAD. EN

UNIDADES

INDUSTRIALES,

COMO

EN

NUESTRO

CASO

EN

PARTICULAR, KL TIRO SE HACE POR MEDIO MECÁNICOS, O SEAN LOS VENTILADORES, CON LOS CUALES SE ESTABLECE EL FLUJO DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN Y GASES, PRODUCTO DE LA MISMA. EXISTEN DOS CLASES DE TIRO MECÁNICO;

EL TIRO FORZADO Y EL

TIRO INDUCIDO. 4.1.1 TIRO FORZADO. EL

TRABAJO

REDUCE LA

DEL

TIRO

A SUMINISTRAR

COMBUSTIÓN,

SIENDO

FORZAD

EL

AIRE

BÁSICAMENTE NECESARIO

SE PARA

LA PRESIÓN DE ESTE POSITIVA,

TERMINANDO EN LA CAJA DE AIRE. EN SU RECORRIDO A ESTA, EL

AIRE

DESCARGADO

POR

PRECALENTADOR DE

EL

VENTILADOR

AIRE DE

LA

ES

PASADO

POR

EL

UNIDAD GENERADORA CON EL

FIN DE CAMBIAR CALOR CON LOS GASES CALIENTES PRODUCTO DE LA

COMBUSTIÓN,

LLEGANDO

DE

ESTA

PRECALENTAMIENTO A LOS QUEMADORES. ADEMAS DEL PRECALENTADOR ANTES PRECALENTADORES UNA

SERIE DE

POR LOS VAPOR

CON TUBOS

QUE SE PASA

DE

ESCAPE,

Y

EN FORMA DE

EXTERIOR

EVITAR QUE BAJE LA TEMPERATURA

Y

DE ROCÍO,

PRECALENTADOR.

4.1.2 TIRO INDUCIDO.

COSA QUE

EL

CORRIENTE DE AIRE

DE

LA

ANTERIOR, ES LA DE DE LOS

OCASIONANDO CON

LA CONSIGUIENTE

UNOS

HORQUILLA Y ALETADOS,

INTERIORMENTE UNA EL

UN

EN DICHAS UNIDADES,

VAPOR QUE NO SON OTRA

POR

CON

MENCIONADO POSEE,

COMBUSTIÓN. LA FINALIDAD DE LO

A LA

MANERA

CORROSIÓN

GASES DE ESCAPE

ELLO,

CONDENSACIÓN.

DE

LOS TUBOS DEL

EL TRABAJO DEL TIRO INDUCIDO, ES LA DE SACAR LOS GASES, PRODUCTO DE LA COMBUSTIÓN, Y HACERLOS PASAR A TRAVÉS DE TODA LA CALDERA, PARA QUE EL CICLO DE LA TRASMISIÓN DE CALOR SE CUMPLA, EN ESTE CASO, LA PRESIÓN DENTRO DEL HOGAR, ES NEGATIVA. EL VENTILADOR DEL TIRO INDUCIDO ESTA EXPUESTO A ELEVADAS TEMPERATURAS Y LOS DAROS QUE LE PUEDEN CAUSAR EL HOLLÍN, ESTE ES DE MAYOR TAMAÑO QUE EL TIRO FORZADO, PUESTO OUE ADEMAS DE SACAR EL AIRE INTRODUCIDO POR EL FORZADO, HACE LO MISMO CON LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN, QUE CON EL CALOR HAN AUMENTADO DE VOLUMEN. ESTE DISEÑO DE CALDERAS QUE USA LOS DOS TIPOS DE TIROS SE LLAMA DE TIRO BALANCEADO. SE LLAMAN CALDERAS DE HOGAR A PRESIÓN, AQUELLAS EN QUE TODO EL TRABAJO PARA EL SUMINISTRO DE AIRE DE LA COMBUSTIÓN Y SU ESCAPE LO HACE EL VENTILADOR DEL TIRO FORZADO, EN ESTE CASO, SE PRESTA HUCHA ATENCIÓN EN EL DISEÑO DEL HOGAR, LA CALDERA DEBERÁ MANTENERSE

HERMÉTICA

CON

RESPECTO

AL

EXTERIOR,

YA

QUE,

LAS

PRESIONES DENTRO DE ESTA (HOGAR, PASOS DE GASES) SON LIGERAMENTE MAYORES QUE LA ATMOSFÉRICA. HAY UN TIPO ESPECIAL DE CALDERAS QUE OCUPAN AMBOS TIROS, ES DECIR EL TIRO FORZADO Y EL TIRO INDUCIDO, A ESTE TIPO DE CALDERAS

SE

LES

CONOCE

COMO

CALDERAS

DE

TIRO

BALANCEADO

O

EQUILIBRADO, EN ESTE TIPO DE CALDERAS LA PRESIÓN QUE SE DEBE MANTENER EN EL HOGAR ES CERO O LIGERAMENTE ABAJO DE CERO. SE LLAMAN CALDERAS DE HOGAR A PRESIÓN, AQUELLAS EN QUE TODO EL TRABAJO PARA EL SUMINISTRO DE AIRE DE LA COMBUSTIÓN Y SU

ESCAPE LO HACE EL VENTILADOR DEL TIRO FORZADO, EN ESTE CASO SE PRESTA MUCHA ATENCIÓN EN EL DISEÑO DEL HOGAR, COMO EN CAPÍTULOS ANTERIORES SE VIO, ÚNICAMENTE AGREGAREMOS QUE LA CALDERA DEBERÁ MANTENERSE

HERMÉTICA

CON

RESPECTO

AL

EXTERIOR,

YA

QUE,

LAS

PRESIONES DENTRO DE ESTA (HOGAR, PASOS DE GASES) SON LIGERAMENTE MAYORES QUE LA ATMOSFÉRICA. 4.2 SERVOMOTORES Y COMPUERTAS DE LOS VENTILADORES. LAS COMPUERTAS EN UN VENTILADOR SE EMPLEAN TANTO EN LA SUCCIÓN COMO EN LA DESCARGA Y NOS PERMITEN REGULAR EL FLUJO DE AIRE DE COMBUSTIÓN QUE DESCARGAN LOS VENTILADORES, REGULANDO SU ABERTURA EN FUNCIÓN DEL FLUJO DE AIRE QUE SE DESEA MANEJAR, PARA ACTUAR ESTAS COMPUERTAS SE DISPONE CON UN EQUIPO QUE SE CONOCE COMO SERVOMOTOR, SE DISPONE DE UN SERVOMOTOR TANTO EN LA SUCCIÓN COMO EN LA DESCARGA, ESTOS EQUIPOS SE PUEDEN OPERAR MANUALMENTE EN CAMPO, O BIEN EN FORMA AUTOMÁTICA DESDE TABLERO.

4.3 DOCTOS DE AIRE Y GASES. ESTOS DUCTOS O CANALES SE EMPLEAN PARA TRANSPORTAR EL AIRE DE COMBUSTIÓN HACIA LA CAJA DE AIRE PASANDO ANTES POR LOS CALENTANDORES DE AIRE; SE TIENE TAMBIÉN UN DOCTO O CANAL PARA DIRIGIR

LOS

GASES

DE

COMBUSTIÓN QUE

SE LIBERAN

EN

EL

HOGAR

A CONSECUENCIA DE LA COMBUSTIÓN HACIA SU SALIDA DE LA CALDERA A TRAVÉS DE LA CHIMENEA, OBLIGÁNDOLOS A PASAR ANTES DE SALIR A TRAVÉS DEL PRECALENTADOR DE AIRE LJUNGSTROM, SI LA CALDERA DISPONE DE ESTE TIPO DE CALENTADOR.

4.4 PRECALENTADORES DE AIRE. PARA APROVECHAR LA MAYOR CANTIDAD DE CALOR DE LOS GASES DE LA COMBUSTIÓN, SE ACOSTUMBRA INSTALAR EQUIPO DE RECUPERACIÓN, EN DONDE QUIERA QUE LOS AHORROS EN LA OPERACIÓN DE LA CALDERA PROMETEN LA JUSTIFICACIÓN DE LOS COSTOS DE SU INSTALACIÓN. EN ESTE EQUIPO

QUE

FORMA

PARTE

DEL

TOTAL

DEL

SISTEMA

DE

UNA

UNIDAD

GENERADORA DE VAPOR, SE UTILIZAN LOS GASES DE LA COMBUSTIÓN Y FUNCIONA COMO UN CALENTADOR DE AIRE, CUANDO SE CALIENTA EL AIRE PARA COMBUSTIÓN. EL PRECALENTADOR DE AIRE ES UN APARATO DE INTERCAMBIO DE CALOR, A TRAVÉS DEL CUAL SE PASA EL AIRE QUE ES CALENTADO POR MEDIOS CUYA TEMPERATURA ES MAYOR, TALES COMO LOS PRODUCTOS QUE PROCEDEN DE LA COMBUSTIÓN O POR MEDIO DE VAPOR. SE LE UTILIZA PARA LA RECUPERACIÓN DE CALOR DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN GENERADOR DE VAPOR. ESTE CALOR RECUPERADO SE AGREGA AL AIRE REQUERIDO PARA LA COMBUSTIÓN Y AUMENTAR ASI SU EFICIENCIA. EL PRECALENTADOR DE AIRE SE COMPONE PRINCIPALMENTE, DE UNA SUPERFICIE DE INTERCAMBIO DE CALOR INSTALADA EN EL SENTIDO DE LOS PASOS DE LOS GASES DE ESCAPE DE LA CALDERA. ENTRE ESTA Y LA CHIMENEA. EL AIRE PARA LA COMBUSTIÓN ES CALENTADO POR LOS GASES AL PASAR POR LA ZONA PREVIAMENTE CALENTADA POR LOS GASES CALIENTES ABSORBIENDO EL CALOR EN ESTA ZONA Y ELEVANDO SU TEMPERATURA.

EL

PRECALENTADOR DE

AIRE

HAS

UTILIZADO ACTUALMENTE EN

LAS CALDERAS ES EL PRECALENTADOR TIPO REGENERATIVO O JLUNGSTROM, EL CUAL CONSISTE BÁSICAMENTE EN UN TAMBOR QUE GIRA CONSTANTEMENTE FORMADO POR VARIAS: SECCIONES O CANASTAS, LAS CUALES. SE COLOCAN ALTERNATIVAMENTE

EN

EL

DUCTO

DE

GASES

CALIENTES,

PARA

SER

CALENTADAS Y AL GIRAR SE COLOCAN EN EL DUCTO DE PASO DE AIRE FRIÓ EL

CUAL

AL ENTRAR

EN

CONTACTO

CON

LAS

CANASTAS;

PREVIAMENTE

CALENTADAS POR LOS GASES SE ELEVA SU TEMPERATURA ESTE PROCESO SE REPITE CONTINUAMENTE AL ESTAR OPERANDO EL PRECALENTADOR.

4.4.1

PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR.

OTRO TIPO DE CALENTADOR DE AIRE QUE SE EMPLEA ES EL PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR, EL CUAL CONSISTE BÁSICAMENTE EN UNA

SERIE

DE

TUBOS

ALETADOS POR CUYO INTERIOR SE

HACE

CIRCULAR VAPOR DE BAJA PRESIÓN EL CUAL SE EMPLEA COMO MEDIO DE CALENTAMIENTO.

EL AIRE

CIRCULA

POR

EL EXTERIOR

DE

LOS

TUBOS

CALENTÁNDOSE AL ENTRAR EN CONTACTO CON LA SUPERFICIE CALIENTE DE LOS TUBOS, ESTE CALENTADOR SE COLOCA ANTES DE ENTRAR EL AIRE AL PRECALENTADOR JLUNGSTROM Y TIENE COMO FUNCIÓN LA DE CONTROLAR LA TEMPERATURA DE LOS GASES QUE SE DESCARGAN A TRAVÉS DE LA CHIMENEA POR ARRIBA DEL PUNTO DE ROCÍO DEL ACIDO SULFÚRICO, PARA EVITAR QUE ESTE

SE

FORME

Y

CONDENSE

SOBRE

LA

SUPERFICIE,

METÁLICAS

DEL

PRECALENTADOR DE AIRE JLUNGSTROM PUDIENDO LLEGAR A CORROERLAS Y EN CONSECUENCIA DESTRUIRLAS.

4.5

CAJA DE AIRE. DESPUÉS DE ATRAVESAR POR EL PRECALENTADOR DE AIRE, EL

AIRE PRECALENTADO PASA A TRAVÉS DE UN DUCTO QUE LO CONDUCE A LA CAJA DE AIRE. LA CAJA DE AIRE TIENE LA FUNCIÓN DE SERVIR COMO UN RECIPIENTE PARA ALMACENAR AIRE, EL CUAL POSTERIORMENTE SE REPARTE A CADA QUEMADOR QUE CONFORMA LA CALDERA A UNA PRESIÓN HOMOGÉNEA A CADA UNO DE ELLOS, LO CUAL PERMITE TENER UN CONTROL DEL FLUJO DE AIRE DE COMBUSTIÓN A CADA QUEMADOR Y OBTENER EN ESTA FORMA UNA FLAMA ESTABLE EN CADA UNO DE ELLOS.

4.6 HOGAR. ES EL LUGAR DE LA CALDERA, DONDE SE LLEVA A CABO LA COMBUSTIÓN DEL COMBUSTIBLE, EL CUAL AL QUEMARSE LIBERA LA ENERGÍA CONTENIDA EN EL, EN FORMA DE CALOR, PARA TRANSMITIRLA A TODAS LAS SUPERFICIES EXPUESTAS A EL. PARA QUE EXISTA TRASMISIÓN DE CALOR ES NECESARIO TENER UNA

DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE LOS MEDIOS QUE LA VAN A

PRODUCIR YA SEA DE UN CUERPO A OTRO DE UNA SUBSTANCIA A OTRA. ESTA PUEDE SER DE TRES FORMAS DIFERENTES, ENUMERADAS A CONTINUACIÓN: 1). RADIACIÓN. 2). CONDUCCIÓN. 3). CONVECCIÓN,

1). EL PRIMER CASO ES EL QUE SE PRESENTA EN EL HOGAR DE LA CALDERA, EN EL QUE TODOS LOS TUBOS QUE LO FORMAN ESTÁN EXPUESTOS A LA FLAMAS, RECIBIENDO TODO EL CALOR, POR RADIACIÓN. 2). LA TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN, ES LA QUE SE PRESENTA AL TENER DOS CUERPOS EN CONTACTO O EN NUESTRO CASO EN PARTICULAR, EL CALOR QUE RECIBE EL TUBO Y LO TRANSMITE A TRAVÉS DE LA PARED DEL MISMO AL AGUA QUE CIRCULA DENTRO DE ESTE PARA CALENTARLA Y EVAPORARLA, POSTERIORMENTE. 3). POR CONVECCIÓN SE ENTIENDE EL CALOR QUE RECIBE DIRECTAMENTE DE LOS GASES PRODUCTO DE LA COMBUSTIÓN QUE EN SU RECORRIDO HACIA LA CHIMENEA TRASMITEN SU CALOR, ENTENDIÉNDOSE POR ZONA DE CONVECCIÓN AQUELLA QUE NO ESTA EXPUESTA A RADIACIÓN DIRECTA, EN NUESTRO CASO SERA LA FORMADA POR LOS PASOS DE GASES DE LA CALDERA, APROVECHANDO LA CIRCULACIÓN DE ESTA EN LA CALDERA. EN UN GENERADOR DE VAPOR SE TIENEN PRESENTES ESTAS TRES FORMAS DE TRASMISIÓN DE CALOR COMO ANTERIORMENTE SE EXPLICÓ. LAS PAREDES DEL HOGAR PUEDEN SER DE REFRACTARIO MACIZO, REFRACTARIO COLGANTE Y DE CAMISA DE AGUA. LAS PAREDES DE REFRACTARIO MACIZO SE EMPLEAN EN CALDERAS DE POCA PRODUCCIÓN DE VAPOR; ESTAS PAREDES TIENEN UN LIMITE DE TRABAJO MÁXIMO, QUE ES DETERMINADO POR LA DEFORMACIÓN DEL LADRILLO REFRACTARIO- LA DEFORMACIÓN ES CAUSADA POR EL PESO Y LA TEMPERATURA. LAS PAREDES DE REFRACTARIO COLGANTE DESCANSAN SOBRE ARMAZONES DE HIERRO; LA

LA ESTRUCTURA ES REFRIGERADA POR AIRE QUE PASA

ENVOLVENTE METÁLICA Y LA PARED DE LADRILLO; EL AIRE

ENTRE

DESPUÉS

DE

EMPLEARSE PARA REFRIGERAN, SE UTILIZA PARA LA. COMBUSTIÓN POR

HABER OBTENIDO CALOR. POR ULTIMO, TENEMOS LAS PAREDES DE CAMISAS DE AGUA, QUE CONSISTEN EN UNA HILERA CONTINUA DE TUBOS, UNIDOS A LA PARED DE LADRILLO REFRACTARIO; POR EL INTERIOR DE LOS TUBOS CIRCULA EL AGUA DE LA CALDERA, ESTOS TUBOS FORMAN PARTE DE LOS TUBOS ASCENDENTES O EBULLIDORES DE LA CALDERA. EL PROCESO DE LA COMBUSTIÓN.

5.0. FUNDAMENTOS. LA FUENTE BÁSICA DE ENERGÍA EN LAS OPERACIONES DE CUALQUIER REFINERÍA

ES

LA

ENERGÍA

QUÍMICA

CONTENIDA

EN

LOS

COMBUSTIBLES, LA CUAL ES LIBERADA EN FORMA DE CALOR DURANTE LA COMBUSTIÓN DE DICHOS COMBUSTIBLES. LA COMBUSTIÓN ES UNA RÁPIDA REACCIÓN QUÍMICA EN LA CUAL EL COMBUSTIBLE SE COMBINA CON EL OXIGENO Y SE LIBERA GRAN CANTIDAD DE GASES CALIENTES,

CALOR Y LUZ.

LA MAYORÍA DE LOS COMBUSTIBLES ESTÁN COMPUESTOS DE DOS DIFERENTES

TIPOS

DE

ÁTOMOS:

ÁTOMOS

DE

CARBONO

Y

ÁTOMOS

DE

HIDROGENO, LOS CUALES ESTÁN UNIDOS FUERTEMENTE FORMANDO MOLÉCULAS DE HIDROCARBUROS. POR EJEMPLO, EL METANO, CUYA FORMULA QUÍMICA ES CH4, ESTA FORMADO POR UN ÁTOMO DE CARBONO (C) Y CUATRO ÁTOMOS DE HIDROGENO (H4). LA FORMULA QUÍMICA DE UNA SUBSTANCIA NOS DICE CUANTOS ÁTOMOS DE CADA ELEMENTO ESTÁN COMBINADOS PARA FORMAR UNA MOLÉCULA DE ESA SUBSTANCIA.

ASI POR EJEMPLO, C2H6, QUE ES LA FORMULA QUÍMICA DEL ETANO NOS DICE QUE SU MOLÉCULA ESTA FORMADA POR DOS ÁTOMOS DE CARBONO Y SEIS DE HIDROGENO.

5.1 REACCIONES BÁSICAS DE LA COMBUSTIÓN. LA

COMPLETA

Y

PERFECTA

COMBUSTIÓN DE

UN

HIDROCARBURO

PRODUCE DOS PRODUCTOS: BIÓXIDO DE CARBONO (C02) Y AGUA (H20); PARA QUE

LA

COMBUSTIÓN

SEA

PERFECTA

SE

REQUIERE

UNA

CANTIDAD PRECISA DE OXÍGENO. EN LA COMBUSTIÓN DEL CARBONO PURO, EL OXIGENO REACCIONA CON EL FORMANDO BIÓXIDO DE CARBONO (C02) EN RELACIÓN DE 1 DE CARBÓN POR 2 DE OXIGENO:

c

+

o2 ------> CARBONO

CO2 OXIGENO

BIÓXIDO DE CARBONO

EN LA COMBUSTIÓN DEL HIDROGENO PURO EL OXIGENO REACCIONA CON EL FORMANDO AGUA (H20) EN RELACIÓN DE 2 DE HIDROGENO POR 1 DE OXIGENO:

H2

+

HIDROGENO

1/2 02 ------ —> H20 OXIGENO

AGUA

LOS HIDROCARBUROS SON COMBINACIONES

DEL

HIDROGENO Y DEL

CARBONO; ASI, PARA SU COMPLETA Y PERFECTA COMBUSTIÓN REQUIEREN DE UNA CANTIDAD ADECUADA DE OXIGENO PARA QUE TODO EL CARBONO SE

TRANSFORME A C02 Y TODO EL HIDROGENO A H20. POR EJEMPLO, LA COMBUSTIÓN DEL ETANO: CH4

+

202

METANO

-> OXIGENO

C02

+

BIÓXIDO DE

2H20 AGUA

CARBONO 5.2 REACCIONES BÁSICAS DE LA COMBUSTIÓN. SE CONOCE COMO PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN A AQUELLAS SUSTANCIAS QUE SE OBTIENEN COMO RESULTADO DE LA COMBUSTIÓN. LOS PRODUCTOS DE UNA COMBUSTIÓN SON TRES PRINCIPALMENTE: 1. EL CALOR QUE SE LIBERA. 2. LA FLAMA O LUZ. 3. LOS GASES PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN.

LOS GASES DE COMBUSTIÓN QUE SE LIBERAN O SE OBTIENEN COMO RESULTADO DE UNA COMBUSTIÓN SON PRINCIPALMENTE: BIÓXIDO DE CARBONO (C02), VAPOR DE AGUA (H20), MONOXIDO DE CARBONO (CO), ÓXIDOS DE AZUFRE Y ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOx). LA PRESENCIA DE CADA UNO DE ESTOS GASES EN LOS GASES DE COMBUSTIÓN DEPENDE DE LA EFICIENCIA DE LA

COMBUSTIÓN,

DEL

TIPO

DE

COMBUSTIBLE

USADO

Y

DEL

TIPO

DE

CONTAMINANTES QUE CONTENGA EL COMBUSTIBLE.

5.3 OXIGENO O AIRE TEÓRICO. SE CONOCE COMO OXIGENO O AIRE TEÓRICO A LA CANTIDAD EXACTA QUE SE DEBE TENER DE OXIGENO O AIRE PARA QUE TODO EL COMBUSTIBLE SE QUEME DURANTE LA COMBUSTIÓN.

5.4 EXCESO DE OXIGENO O AIRE. SE CONOCE COMO EXCESO DE AIRE O DE OXIGENO A AQUELLA CANTIDAD

DE OXIGENO

O

AIRE

QUE

SE

ENCUENTRA

POR

ARRIBA

DE LA CANTIDAD DE AIRE O OXIGENO TEÓRICO. LA FINALIDAD DE AGREGAR UNA MAYOR CANTIDAD DE AIRE O OXIGENO DEL NECESARIO PARA QUEMAR EL COMBUSTIBLE ES CON LA FINALIDAD DE ASEGURAR QUE EL COMBUSTIBLE SE QUEME COMPLETAMENTE Y EN FORMA EFICIENTE, ES DECIR SE ASEGURE SE PRODUZCA UNA COMBUSTIÓN LO MAS COMPLETA POSIBLE.

5.5 COMBUSTIBLE. ALGUNAS SUBSTANCIAS SE QUEMAN MAS FÁCILMENTE QUE OTRAS LO CUAL DEPENDE DE SU NATURALEZA, PERO TODAS NECESITAN DE CIERTA CANTIDAD DE CALOR PARA MANTENER O INICIAR SU COMBUSTIÓN. EN GENERAL DEPENDE DE QUE TAN FÁCIL LA SUBSTANCIA SE CONVIERTE EN GAS ANTES DE ARDER, UNA SUBSTANCIA COMBUSTIBLE ES AQUELLA QUE RELATIVAMENTE REQUIERE CONVERTIRSE

EN

GAS

DE

POCO

CALOR

PARA

Y ENCENDERSE MANTENIENDO POR SI SOLA LA

COMBUSTIÓN. SE CONOCEN TRES TIPOS DE COMBUSTIBLES QUE SON: 1. COMBUSTIBLES SOLIDOS. 2. COMBUSTIBLES LÍQUIDOS. 3. COMBUSTIBLES GASEOSOS.

5.6 COMBUSTIÓN DE GASES. YA QUE LOS COMBUSTIBLES ARDEN EN FORMA GASEOSA ES NECESARIO MANTENER

UNA

COMBUSTIÓN.

RELACIÓN

GAS/AIRE

ADECUADA

PARA

MANTENER

LA

LOS COMBUSTIBLES INDUSTRIALES CONTIENEN CARBÓN DE HIDROGENO, VAN DESDE EL METANO (CH4) HASTA LOS RESIDUALES CON CADENAS DE 30 O MAS CARBONES. CADA MOLÉCULA DE CARBÓN O DE HIDROGENO REQUIERE DE UNA CANTIDAD FIJA DE OXIGENO, ESTA ES EXPRESADA EN PESO Y ES UN PARAMETRO LLAMADO

AIRE

TEÓRICO

Y

SE

PUEDE

CALCULAR

DEL

ANÁLISIS

DEL

COMBUSTIBLE.

5.7. TEMPERATURA DE IGNICIÓN. UNA VEZ LOGRADA LA RELACIÓN ADECUADA GAS/AIRE, SE REQUIERE DE UN TERCER ELEMENTO PARA CERRAR LO QUE SE LLAMA EL TRIANGULO DEL FUEGO, NECESITAMOS CALOR. LA CANTIDAD DE CALOR MÍNIMA NECESARIA PARA CALENTAR LA MEZCLA GAS/AIRE HASTA UN PUNTO EN QUE LA COMBUSTIÓN SE MANTIENE Y YA NO REQUIERE DE CALOR EXTERNO ES OTRO PARÁMETRO DENOMINAD: TEMPERATURA DE

IGNICIÓN.

EN RESUMEN,

PARA

QUE

UN COMBUSTIBLE

SE

LLEGUE

A QUEMA=

ES NECESARIO CUMPLIR CON LOS SIGUIENTES REQUISITOS: a). QUE SE ENCUENTRE EN ESTADO DE VAPOR.

b). QUE SE ENCUENTRE MEZCLADO ADECUADAMENTE CON EL AIRE (OXIGENO). c). QUE ALCANCE SU TEMPERATURA DE IGNICIÓN.

5.8 COMBUSTIÓN COMPLETA. SE

DICE

QUE

LA

COMBUSTIÓN

ES

COMPLETA,

CUANDO

LOS

PRODUCTOS

GASEOSOS DE LA COMBUSTIÓN SON ÚNICAMENTE, BIÓXIDO DE CARBONO (C02) Y VAPOR DE AGUA. ES IMPORTANTE QUE UNA COMBUSTIÓN SEA COMPLETA YA QUE DE ESTA FORMA SE LIBERA LA MAYOR CANTIDAD DE CALOR POSIBLE APROVECHÁNDOSE A LO MÁXIMO EL COMBUSTIBLE.

5.9 COMBUSTIÓN INCOMPLETA. UNA COMBUSTIÓN ES INCOMPLETA CUANDO COMO RESULTADO DE LA COMBUSTIÓN, SE LIBERAN ADEMAS DE BIÓXIDO DE CARBONO (C02) Y VAPOR DE AGUA, MONOXIDO DE CARBONO (CO) ENTRE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. LA FORMACIÓN DE MONOXIDO DE CAR80N0 (CO) OCASIONA PERDIDAS DE CALOR Y REDUCE LA EFICIENCIA DE LA COMBUSTIÓN. SE PUEDE OBSERVAR QUE UNA COMBUSTIÓN ES INCOMPLETA CUANDO A LA SALIDA DE LA CHIMENEA SE

OBSERVA

HUMO

NEGRO,

LA

PRESENCIA

DE

HUMO

BLANCO

INDICA

DEMASIADO EXCESO DE AIRE LO CUAL OCASIONA PERDIDAS DE CALOR POR ARRASTRE DEL AIRE EN EXCESO.

5.10 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIÓN. LA EFICIENCIA CON QUE SE LLEVA A CABO LA COMBUSTIÓN SE PUEDE DETERMINAR EMPLEANDO 3 MÉTODOS: 1). LA COLORACIÓN DE LOS GASES. 2). LA COLORACIÓN Y FORMA DE LA FLAMA. 3). EL ANÁLISIS DE COMPOSICIÓN DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. EN UNA REFINERÍA NO INTERESA LA COMBUSTIÓN PERFECTA, ESTA ES ÚNICAMENTE POSIBLE EN LABORATORIO.

SIN

EMBARGO,

ESTAMOS

INTERESADOS

EN

LA

COMBUSTIÓN

MAS

EFICIENTE DEL COMBUSTIBLE. LA COMBUSTIÓN MAS EFICIENTE ES COMPLETA CON 15 A 20 % DE EXCESO DE AIRE. ESTA CANTIDAD DE AIRE ES SUFICIENTE PARA ASEGURAR QUE TODO EL CARBONO SE QUEMARA PARA FORMAR BIÓXIDO DE CARBONO SIN GASTAR COMBUSTIBLE EN CALENTAR UNA CANTIDAD GRANDE DE AIRE EN EXCESO,

SE REQUIEREN TRES FACTORES PARA TENER UNA EFICIENCIA MÁXIMA EN UNA CALDERA: 1.- EL COMBUSTIBLE DEBE ESTAR PREPARADO PARA LA COMBUSTIÓN;

SI ES

LÍQUIDO, SE DEBE CONVERTIR EN VAPOR.

2.-

EL COMBUSTIBLE Y EL AIRE DEBEN JUNTARSE EN LA PROPORCIÓN

ADECUADA, EN EL MOMENTO DEBIDO Y A LA TEMPERATURA DE IGNICIÓN Y COMBUSTIÓN. 3.LOS MISMO

EL CALOR DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN SE DEBE TRANSFERIR A TUBOS

DEL

TIEMPO,

CALENTADOR DEBE

EN

RETENERSE

LA UNA

ZONA

DE

CANTIDAD

RADIACIÓN. SUFICIENTE

AL DE

CALOR EN LA ZONA DE CONVECCIÓN. 5.11 LÍMITES Y RANGOS DE EXPLOSIVIDAD. SE HA VISTO QUE PARA OUE SE LLEVE A CABO UNA COMBUSTIÓN SON ESENCIALES TRES COSAS: COMBUSTIBLE, OXIGENO Y UNA FUENTE DE IGNICIÓN.

SIN

EMBARGO,

EXISTE

UN

FACTOR

MUY

IMPORTANTE

EN

LA

COMBUSTIÓN DE UN COMBUSTIBLE, Y ES LA RELACIÓN DE COMBUSTIBLE A OXIGENO (AIRE). CUANDO

UN

COMBUSTIBLE

CONCENTRACIONES

HAY

SUFICIENTE

ESTA OXIGENO

PRESENTE

EN

PERO

SUFICIENTE

NO

BAJAS

COMBUSTIBLE; SI ESTA PRESENTE LA FUENTE DE IGNICIÓN» DICHA MEZCLA NO ARDERÁ Y SE DICE QUE ES UNA MEZCLA POBRE QUE ESTA POR ABAJO DE SU LIMITE INFERIOR DE INFLAMABILIDAD O EXPLOSIVIDAD. POR OTRO LADO, SI EL COMBUSTIBLE ESTA MUY CONCENTRADO EN LA MEZCLA COMBUSTIBLE-OXIGENO, SE DICE QUE ES UNA MEZCLA MUY RICA QUE ESTA POR ARRIBA DE SU LIMITE SUPERIOR DE INFLAMABILIDAD Y TAMPOCO ARDERÁ ESTANDO PRESENTE LA FUENTE DE IGNICIÓN. CUALQUIER COMBUSTIBLE GASEOSO TIENE UN RANGO DE INFLAMABILIDAD O EXPLOSIVIDAD, ESTO QUIERE DECIR QUE TIENE UN LIMITE INFERIOR Y UNO SUPERIOR, FUERA DE LOS CUALES UNA MEZCLA COMBUSTIBLE-OXIGENO ES INCAPAZ DE ARDER. PARA DETERMINAR LA EXPLOSIVIDAD DE UNA ATMOSFERA SE UTILIZA EL EXPLOSIMETRO. ESTOS EXPLOSIMETROS DAN EL PORCENTAJE DEL LIMITE INFERIOR DE EXPLOSIVIDAD, O SEA, SI SE TIENE 5.3 % O MAS DE METANO EN UNA ATMOSFERA EL APARATO INDICARA 100%, SI FUERA 2.6% EL APARATO INDICARA 50% UNA LECTURA DE 100% INDICA QUE EL PELIGRO DE UNA EXPLOSIÓN

ES

IGUAL

O

MAYOR

QUE

EN

EL

LIMITE

INFERIOR

DE

EXPLOSIVIDAD. UNA LECTURA DE 50% INDICA QUE HAY 50% DEL COMBUSTIBLE NECESARIO PARA ESTAR EN EL LIMITE INFERIOR DE EXPLOSIVIDAD, Y ASI SUCESIVAMENTE.

6.0 QUEMADORES. LOS QUEMADORES SON LOS MEDIOS PARA MEZCLAR Y CONVERTIR EL ACEITE, GAS, VAPOR Y AIRE EN CALOR DE COMBUSTIÓN. LOS QUEMADORES SE PUEDEN CLASIFICAR SEGÚN EL TIPO DE COMBUSTIBLE QUE MANEJEN COMO:

a). QUEMADORES DE ACEITE. b). QUEMADORES DE GAS. c).

QUEMADORES DE COMBINACIÓN ACEITE-GAS.

a).- QUEMADORES DE ACEITE LOS

QUEMADORES

DE

ACEITE

VAPORIZAN

O

ATOMIZAN

EL

COMBUSTIBLE Y LO MEZCLAN INTIMAMENTE CON EL AIRE SUMINISTRADO PARA LA COMBUSTIÓN. CUANDO SE CUMPLEN ESTAS DOS CONDICIONES SE CONSIGUE OBTENER UNA COMBUSTIÓN COMPLETA CON UN EXCESO DE AIRE MÍNIMO. LOS

QUEMADORES

DE

ACEITE

SE

CLASIFICAN

A

SU

VEZ

DE

ACUERDO AL MÉTODO USADO PARA PREPARAR AL COMBUSTIBLE PARA LA COMBUSTIÓN, DE LA SIGUIENTE FORMA:

-QUEMADORES CON LA VAPORIZACIÓN O GASIFICACIÓN CALENTAMIENTO DEL QUEMADOR.

DEL ACEITE POR

-

QUEMADOR

ESPACIO

CON

LA

ATOMIZACIÓN

DEL

ACEITE

EN

EL

DE COMBUSTIÓN.

LOS QUEMADORES CON VAPORIZACIÓN INTERNA ESTÁN LIMITADOS EN EL RANGO DE COMBUSTIBLES QUE PUEDEN MANEJARSE CON FACILIDAD, Y EN CONSECUENCIA TIENEN POCO USO EN LAS PLANTAS DE POTENCIA. LOS QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN SON CLASIFICADOS DE ACUERDO AL MÉTODO USADO PARA LLEVAR A CABO LA ATOMIZACIÓN, ESTO ES: 1). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR AIRE. 2). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR VAPOR. 3). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN MECÁNICA.

LOS QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN O VAPORIZACIÓN POR AIRE O VAPOR PUEDEN

SUBDIVIDIRSE

EN

DOS

GRUPOS

GENERALES,

EL

"MEZCLADO

EXTERIOR" Y EL "MEZCLADO INTERIOR" DE ACUERDO DE COMO EL ACEITE Y EL VAPOR, SE MEZCLAN AFUERA O EN EL INTERIOR DE LA BOQUILLA. EL MEZCLADO INTERNO O PREMEZCLADO DE ACEITE Y VAPOR O AIRE, MEZCLA DENTRO DEL CUERPO O BOQUILLA DEL QUEMADOR ANTES DE ATOMIZARSE EN EL HORNO. EL MEZCLADO EXTERNO, DONDE EL ACEITE EMERGE DESDE EL QUEMADOR ES INTERCEPTADO POR UNA CORRIENTE DE VAPOR O AIRE.

1). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR AIRE. EL USO DE QUEMADORES EN EL CUAL SE EMPLEA AIRE PARA ATOMIZAR

EL COMBUSTIBLE,

SE

HAN

IDO

INCREMENTANDO. EL AIRE ES

SUMINISTRADO POR VENTILADORES CENTRÍFUGOS, A LOS CUALES SE LES CONOCE COMO AIRES PRIMARIOS, Y AL AIRE DE ATOMIZACIÓN COMO AIRE

PRIMARIO,

CUANDO

ATOMIZADOR;

PARA

EL

AIRE

ACEITES

ES

UTILIZADO

LIGEROS,

LA

COMO

PRESIÓN

MEDIO

DEBERÁ

SER

APROXIMADAMENTE DE 10 PSI Y PARA PESADO DE 20 PSI. 2). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR VAPOR. LOS QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR VAPOR POSEE LA HABILIDAD DE QUEMAR CUALQUIER ACEITE COMBUSTIBLE, DE CUALQUIER VISCOCIDAD, POR LO MENOS A CUALQUIER TEMPERATURA. EL CONSUMO DE VAPOR VA DESDE 1% A

5% DEL VAPOR

DEL 2%.

PRODUCIDO,

CON

UN PROMEDIO APROXIMADO

LA PRESIÓN REQUERIDA VARIA DESDE ALREDEDOR DE 75 A 150

PSI.

b). QUEMADORES DE GAS. 1). QUEMADORES DE GAS NATURAL. LOS QUEMADORES DE GAS NATURAL SON DIVIDIDOS GENERALMENTE EN LOS TIPOS DE ALTA Y BAJA PRESIÓN. ESTA CLASIFICACIÓN SE DERIVA DE LA PRESIÓN

DEL

GAS

REQUERIDA

PARA

PROPORCIONAR

OPERACIÓN SATISFACTORIA.

2). QUEMADORES DE PRESIÓN BAJA.

LOS

QUEMADORES DE

PRESIÓN

BAJA

SON

DISEÑADOS

USUALMENTE

PARA CAPACIDADES RELATIVAMENTE BAJAS, Y OPERAN CON GAS NATURAL A UNA PRESIÓN DESDE 1/8 A 4 PSI. 3). QUEMADORES PC PRESIÓN ALTA.

INTRODUCCIÓN. LA

FINALIDAD

DEL

PRESENTE

TRABAJO,

TIENE

COMO

PUNTO

PRINCIPAL, LA PREPARACIÓN DEL QUE OPERA LA PLANTA DE GENERACIÓN DE VAPOR, ASI COMO LAS ÍNTIMAMENTE LIGADAS A ESTA. OBTENIENDO CON ELLO UNA PREPARACIÓN MAS SEGURA,

Y

LA CONSIGUIENTE CONTINUIDAD DEL

SERVICIO, TOMANDO EN CONSIDERACIÓN QUE NO SOLO SUMINISTRA VAPOR PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, COMO ES EL CASO DE LAS PLANTAS TERMOELÉCTRICAS, SINO QUE TAMBIÉN LO DISTRIBUYE PARA LAS DIFERENTES PLANTAS; RAZÓN POR LA CUAL SIEMPRE DEBERÁ MANTENERSE EN OPERACIÓN,

TENIENDO

ÚNICAMENTE

PARADAS

PARCIALES

PARA

MANTENIMIENTO, HACIÉNDOSE LO ANTERIOR EN FORMA PROGRAMADA. POR LO ANTERIOR, SE PRETENDE OBTENER UN NIVEL MAS ALTO DE CONOCIMIENTO

DEL

PERSONAL

A

CARGO

DE

LA

GENERACIÓN

DE

LAS

UNIDADES, CUYO RESULTADO SERA UN BENEFICIO TANTO EN LO PERSONAL COMO UNA GANANCIA

DE

PETRÓLEOS MEXICANOS Y POR CONSIGUIENTE DE LA

PROPIA PLANTA, POR LA SEGURIDAD QUE DE ELLO SE DESPRENDE.

1.- CALDERA

UNA CALDERA ES UN EQUIPO O TRANSFORMADOR DE ENERGÍA CAPAZ DE TRANSFERIR DE FORMA CONVENIENTE EL CALOR PRODUCIDO POR UNA COMBUSTIÓN O GENERADO POR OTRO FENÓMENO QUÍMICO O FÍSICO, A UN

FLUIDO (GENERALMENTE AGUA) PARA PRODUCIR VAPOR, EL CUAL A SU VEZ ES DESTINADO, A CEDER LA ENERGÍA RECIBIDA BAJO FORMA.

TÉRMICA (CALOR) O MECÁNICA,

DE DIVERSOS MODOS Y PARA MÚLTIPLES

EMPLEOS. 1.1

TIPOS DE CALDERAS.

LA CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS GENERALMENTE SE HACE DE LA MANERA SIGUIENTE:

A). CALDERA DE TUBOS DE HUMO O PIROTUBULAR. B). CALDERA DE TIPO ACUOTUBULAR. A). CALDERA DE TUBOS DE HUMO O PIROTUBULAR. EN UNA CALDERA DE TUBOS DE HUMO, LOS GASES DE COMBUSTIÓN CIRCULAN POR EL INTERIOR DE LOS TUBOS, Y EL AGUA SE ENCUENTRA EN EL EXTERIOR DE LOS TUBOS, DE TAL FORMA QUE ESTOS SE ENCUENTREN SUMERGIDOS EN EL AGUA. B).

CALDERA DEL TIPO ACUOTUBULAR. EN ESTAS CALDERAS, EL AGUA CIRCULA

POR

EL

INTERIOR

DE

LOS

TUBOS

Y

LOS

GASES

DE

COMBUSTIÓN CIRCULAN POR EL EXTERIOR.

LAS CALDERAS SE CLASIFICAN TAMBIÉN EN BASE A LA FORMA DE

LOS

TUBOS EN: CALDERAS HORIZONTALES DE TUBOS RECTOS, CALDERAS DE TUBOS CURVOS; EN BASE A LA FORMA EN QUE CIRCULA EL AGUA DENTRO DE LA CALDERA EN: CIRCULACIÓN NATURAL Y CIRCULACIÓN FORZADA.

1.2 COMPONENTES DE LA CALDERA. EL

ESTUDIO

DE

UNA

CALDERA,

SE

PUEDE

REALIZAR

ANALIZANDO

LOS

COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR, Y DEL CIRCUITO AIRE-

HUMOS, EN QUE SE DIVIDE PARA SU ESTUDIO UNA CALDERA: A). CIRCUITO AGUA-VAPOR.

LOS COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR SON: 1). DOMO SUPERIOR O DE GENERACIÓN DE VAPOR. 2). CABEZALES COLECTORES SUPERIORES E INFERIORES. 3).

FLUXERIA,

TUBOS

ASCENDENTES

O

EBULLIDORES

Y

TUBOS

DESCENDENTES. 4). DOMO INFERIOR O DE LODOS. 5). SOBRECALENTADOR. 6). ATEMPERADOR O DESOBRECALENTADOR. 7). SISTEMA DE AGUA DE ALIMENTACIÓN A LA CALDERA. 8). SISTEMA DE AGUA DE ATEMPERACIÓN. 9). PURGA CONTINUA Y PURGA DE FONDO. 10). LINEA DE INYECCIÓN DE REACTIVOS. 11). INSTRUMENTACIÓN Y ACCESORIOS DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR. LA FINALIDAD DE ESTE CIRCUITO ES LLEVAR A CABO LA TRANSFORMACIÓN DEL AGUA EN VAPOR Y OBTENER A LA SALIDA DE LA CALDERA UN VAPOR CON LA CALIDAD Y CONDICIONES REQUERIDAS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA NECESARIAS PARA EL EQUIPO O PROCESO DONDE SERA UTILIZADO. B). CIRCUITO AIRE-HUMOS. LOS COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO AIRE-HUMOS SON: 1). VENTILADORES DE TIRO FORZADO. 2). SERVOMOTORES DE COMPUERTAS TIRO FORZADO. 3). PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR (PRE-PRE). 4). CALENTADOR DE AIRE. 5). HOGAR. 6). QUEMADORES. 7). SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE.

8). VENTILADORES PARA AIRE PRIMARIO. 9). SERVOMOTORES DE COMPUERTAS DE AIRE PRIMARIO. 10). CAJA O CÁMARA DE AIRE. 11). CHIMENEA. 12). INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS DEL CIRCUITO AIRE-HUMOS.

LA FINALIDAD DE ESTE CIRCUITO ES LA DE SUMINISTRAR EL CALOR NECESARIO EN EL CIRCUITO AGUA-VAPOR, PARA LA TRANSFORMACIÓN DEL

AGUA

EN

COMBUSTIÓN

VAPOR;

DE

OBTENIÉNDOSE

UN

COMO

LO

CUAL

SE

LOGRA

COMBUSTIBLE. RESULTADO

EL

LO

LLEVÁNDOSE MAS

A

CABO

EFICIENTE

DESPRENDIMIENTO

DE

UNA

POSIBLE,

CALOR

Y

LA

LIBERACIÓN DE GASES DE COMBUSTIÓN (HUMOS), A PARTIR DE LOS CUALES SE OBTIENE EL CALOR QUE SE SUMINISTRA AL CIRCUITO AGUA-VAPOR. 1.3 DESCRIPCIÓN DE LA FORMA EN QUE OPERA UNA CALDERA. PARA FACILITAR LA DESCRIPCIÓN DE LA FORMA EN QUE OPERA UNA CALDERA;

LAS

PARTES

INDIVIDUALIZARSE, CALDERA,

SEGÚN

ESENCIALES

ANALIZANDO DOS

EL

CIRCUITOS

DE

UNA

CALDERA

FUNCIONAMIENTO DISTINTOS

QUE

DE SE

PUEDEN

LA

PROPIA

RECONOCEN

CLARAMENTE: 1.- CIRCUITO AIRE-HUMOS. EL AIRE ASPIRADO DEL EXTERIOR, UTILIZANDO UN VENTILADOR DE TIRO FORZADO, ES HECHO PASAR A TRAVÉS DE UN DUCTO A UN PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR (PRE-PRE) Y A CONTINUACIÓN PASA A TRAVÉS DEL PRECALENTADOR ROTATORIO DE AIRE (LJUNGSTROM), PARA SER DESCARGADO A TRAVÉS DE OTRO DUCTO HACIA LA CAJA DE AIRE, DE AHÍ A TRAVÉS DE UNAS COMPUERTAS SE INTRODUCE

AL

HOGAR,

DONDE

SE

MEZCLA

CON

EL

COMBUSTIBLE

DESCARGADO POR EL QUEMADOR, Y EN PRESENCIA DE UNA FUENTE DE IGNICIÓN

SE

PRODUCE

LA

COMBUSTIÓN,

OBTENIÉNDOSE

COMO

RESULTADO LA LIBERACIÓN DE GASES, ADEMAS DE LUZ (FLAMA) Y CALOR; ESTOS GASES SE DESPRENDEN EN EL HOGAR SIGUIENDO UN CIRCUITO DE FLUJO IRREGULAR DENTRO DE LA CALDERA, CON EL FIN DE HACERLOS PASAR A TRAVÉS DE LOS TUBOS COLOCADOS EN LA ZONA DE CONVECCIÓN DE LA CALDERA, PARA POSTERIORMENTE PASAR A TRAVÉS DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR, APROVECHANDO ASI EL CALOR DE LOS MISMOS, LOS GASES YA A UNA

TEMPERATURA

MENOR

SON

OBLIGADOS

A

INTRODUCIRSE

AL

PRECALENTADOR ROTATORIO DE AIRE, CON EL FIN DE CALENTAR EL AIRE,

LOS

GASES

QUE

SALEN

DEL

CALENTADOR

DE

AIRE,

YA

PRÁCTICAMENTE FRÍOS SON DESCARGADOS A TRAVÉS DE UN DUCTO HACIA

LA

CHIMENEA,

DE

DONDE

SON

DESALOJADOS

HACIA

EL

EXTERIOR.EN ALGUNAS CALDERAS SE UTILIZAN VENTILADORES DE AIRE PRIMARIO, EL CUAL SE EMPLEA GENERALMENTE PARA ATOMIZAR EL COMBUSTIBLE LIQUIDO Y REPRESENTA UN 6 % DEL AIRE REQUERIDO PARA LA COMBUSTIÓN. TAMBIÉN EN ALGUNAS CALDERAS SE UTILIZAN VENTILADORES DE TIRO INDUCIDO, LOS CUALES ESTÁN COLOCADOS EN EL DUCTO DE SALIDA QUE COMUNICA HACIA LA CHIMENEA, Y SE UTILIZAN PARA PRODUCIR UN TIRO MECÁNICO, PARA HACER CIRCULAR LOS GASES EN EL INTERIOR DE LA CALDERA Y DESALOJARLOS DE LA MISMA. CIRCUITO AGUA-VAPOR. EL AGUA PROVENIENTE DEL DESAEREADOR, ES INTRODUCIDA EN EL DOMO SUPERIOR DE LA CALDERA, DONDE A TRAVÉS DE UNOS TUBOS BAJANTES, EL AGUA DESCIENDE HACIA EL DOMO INFERIOR, A MEDIDA QUE EL AGUA DESCIENDE SU TEMPERATURA SE INCREMENTA. EN EL DOMO INFERIOR SE RECOLECTAN LOS LODOS QUE

SE SEPARAN DEL AGUA A CONSECUENCIA DEL TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA, ESTOS LODOS SON DESALOJADOS DEL DOMO INFERIOR A TRAVÉS DE EXTRACCIONES DE FONDO. UNA VEZ QUE EL AGUA LLEGA AL DOMO INFERIOR ESTA ASCIENDE, RETORNANDO AL DOMO SUPERIOR A TRAVÉS DE LOS TUBOS ASCENDENTES o EBULLIDORES, A MEDIDA QUE EL AGUA ASCIENDE SU TEMPERATURA SE INCREMENTA HASTA ALCANZAR SU

TEMPERATURA

DE

EBULLICIÓN.

ESTOS

CAMBIOS

CONTINUOS

EN

LA

TEMPERATURA DEL AGUA Y EN CONSECUENCIA EN SU DENSIDAD DAN LUGAR A LA CIRCULACIÓN NATURAL DEL AGUA DENTRO DE LA CALDERA. YA EN EL DOMO SUPERIOR EL AGUA Y EL VAPOR SE SEPARAN; EL VAPOR ES OBLIGADO A INTRODUCIRSE EN LOS INTERNOS DEL DOMO SUPERIOR, PARA ELIMINAR LA HUMEDAD DEL VAPOR Y OBTENER ASI UN VAPOR MAS SECO, EL CUAL SE INTRODUCE EN EL SOBRECALENTADOR PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DEL VAPOR POR ENCIMA DE SU TEMPERATURA DE SATURACIÓN APROVECHANDO QUE POR EL EXTERIOR DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR CIRCULAN LOS GASES CALIENTES.

2.0 CONCEPTOS BÁSICOS 1).- NIVEL EL

NIVEL

NOS

INDICA

LA

ALTURA

QUE

TIENE

UN LIQUIDO DENTRO DE UN RECIPIENTE, Y EXPRESA A SU VEZ LA CANTIDAD DE LIQUIDO ALMACENADO EN DICHO RECIPIENTE. EL NIVEL SE EXPRESA, NORMALMENTE EN UNIDADES DE LONGITUD; POR EJEMPLO, METROS (m), PIES, CENTÍMETROS (cm) ETC., O BIEN EN FORMA DE PORCENTAJE (%). LOS INSTRUMENTOS PARA MEDIR NIVEL, MAS USADOS SON: 1.- NIVEL ÓPTICO 2.- NIVEL ELÉCTRICO. 3.- NIVEL TIPO DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA (MANÓMETRO). 4.- TRANSMISOR DE NIVEL. 2).- FLUJO EL FLUJO REPRESENTA LA CANTIDAD DE UN FLUIDO (LIQUIDO O GAS) QUE PASA A TRAVÉS DE UN PUNTO DETERMINADO EN LA UNIDAD DE TIEMPO. EL FLUJO SE EXPRESA NORMALMENTE, EN UNIDADES DE VOLUMEN SOBRE TIEMPO, CUANDO SE REFIERE A FLUJO VOLUMÉTRICO, POR EJEMPLO, METROS CÚBICOS POR MINUTO (m3/min). GALONES POR MINUTO (GPM), ETC. Y EN UNIDADES DE MASA POR UNIDAD DE TIEMPO CUANDO SE REFIERE A FLUJO MÁSICO, POR EJEMPLO, TONELADAS POR HORA (TON/HR), LIBRAS POR HORA (lb/Hr), ETC. LOS

INSTRUMENTOS

PARA

MEDIR FLUJO MÁS USUALES EN CALDERAS SON: 1.- PLACAS DE ORIFICIO. 2.- TOBERA DE FLUJO. 3.DALL.

CAMPANA

DE

FLUJO

4.-

TRANSMISOR

DE

FLUJO.

NORMALMENTE

ESTE

INSTRUMENTO

VA

ACOMPAÑADO DE OTRO INSTRUMENTO CONOCIDO, COMO EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA.

3).- PRESIÓN LA PRESIÓN REPRESENTA A TODA FUERZA, APLICADA SOBRE UNA DETERMINADA ÁREA O SUPERFICIE, ES DECIR: PRESIÓN (P) = FUERZA (F)/AREA (A); P=F/A

LAS UNIDADES PARA MEDIR PRESIÓN, MAS USUALES EN CALDERAS SON: Kg/cm2, MILÍMETROS DE MERCURIO (mm Hg), PULGADAS DE MERCURIO, (plg Hg), MILÍMETROS DE AGUA (mm H20), PULGADAS DE AGUA (plg H20), Lb/plg2 LA CUAL

SE REPRESENTA

TAMBIÉN POR,

#, PSI, PSIG, PSIA,

LA PRESIÓN SE CLASIFICA TAMBIÉN EN: A).- PRESIÓN ATMOSFÉRICA. LA PRESIÓN QUE EJERCE, (ATMOSFERA). Y

QUE

LA MASA DE AIRE QUE RODEA NUESTRO

AL

ES

PLANETA

NIVEL DEL MAR ES IGUAL A 760 mm Hg (1.033

Kg/cm2). B).- PRESIÓN MANOMÉTRICA. LA PRESIÓN MANOMÉTRICA, ES TODA PRESIÓN, QUE SE ENCUENTRE ARRIBA DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA. C).- PRESIÓN DE VACIO. LA PRESIÓN DE VACIO.- ES TODA PRESIÓN POR ABAJO DE LA ATMOSFÉRICA. D).-

PRESIÓN

ATMOSFÉRICA,

ABSOLUTA.

ES

EL RESULTADO

DE

MAS LA PRESIÓN MANOMÉTRICA. Pabs

=

Patm

+

Pman

SUMAR,

LA

PRESIÓN

E).- PRESIÓN HIDROSTÁTICA. LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA ES LA PRESIÓN QUE

SE EJERCE, EN CUALQUIER PUNTO EN EL INTERIOR DE UN LIQUIDO EN

REPOSO,

Y QUE ES IGUAL A LA ALTURA DE

DICHO PUNTO, CON RESPECTO

A LA SUPERFICIE DEL LIQUIDO, MULTIPLICADO POR EL PESO ESPECIFICO DEL LIQUIDO (p.e.). PARA EL AGUA, EN CONDICIONES NORMALES LA PRESIÓN

HIDROSTÁTICA (Ph), ES FUNCIÓN EXCLUSIVA DE LA ALTURA.

PRESIÓN HIDROSTÁTICA = ALTURA X P. e . F).- PRESIÓN DE VAPOR.

ES LA PRESIÓN QUE EJERCE EL VAPOR DE UN

LIQUIDO, AL MOMENTO DE DESPRENDERSE DE LA SUPERFICIE DEL LIQUIDO DURANTE SU EBULLICIÓN. ALGUNOS FACTORES DE CONVERSIÓN DE PRESIÓN, MÁS USUALES EN CALDERAS SON: 1 Kg/cm2 = 14.2 lb/plg2 1

Kg/cm 2 = 10,000 mm H 2 O

1 ATM = 760 mm Hg = 1.033 Kg/cm2 = 14.7 lb/plg2 1 mm Hg = 13.595 mm H20 = 133.32 Pa 1 bar = 14.5038 lb/plg2 = 100,000 Pa LOS PRINCIPALES, INSTRUMENTOS PARA MEDIR PRESIÓN EN CALDERAS SON: 1.- MANÓMETRO TIPO BOURDON. 2.-

MANÓMETRO TIPO DIAFRAGMA.

3.- TRANSMISOR DE PRESIÓN.

4).- TEMPERATURA

LA TEMPERATURA ES UNA VARIABLE, QUE NOS INDICA EN FORMA SENCILLA QUE TAN CALIENTE O FRIÓ SE ENCUENTRA UN CUERPO, EN FORMA MAS PRECISA, LA TEMPERATURA NOS INDICA, EL CONTENIDO DE ENERGÍA QUE

POSEE

UN

TEMPERATURA

CUERPO.

SON

LOS

LAS

UNIDADES

GRADOS

MÁS

CENTÍGRADOS

COMUNES (°C),

Y

PARA

MEDIR

LOS

GRADOS

FAHRENHEIT (°F). PARA CONVERTIR °C a °F, O VICEVERSA, SE EMPLEAN LAS FORMULAS SIGUIENTES: °C = (°F. - 32)/l.8 ....... (1) °F = 1 .8 X °C + 32 ................................. (2)

ASI PARA CONVERTIR 212 °F EN °C, PROCEDEMOS DE LA FORMA SIGUIENTE. EMPLEANDO LA FORMULA (1): °C = (212 - 32)/l.8 212 °F =

=

180/1.8

=

100, POR LO TANTO:

100Oc

PROCEDIENDO EN FORMA

INVERSA,

PARA CONVERTIR

100 °C EN

°F, EMPLEAMOS LA FORMULA (2): °F = 1.8 X 100

+

32

=

POR LO TANTO: 100 OC = 212 °F LOS PRINCIPALES INSTRUMENTOS PARA MEDIR TEMPERATURA EMPLEADOS EN CALDERAS SON: 1.- TERMÓMETRO BIMETÁLICO. 2.- TERMÓMETRO DE SISTEMA TERMAL LLENO. 3.- TERMOPAR. 4.- TERMISTOR. 5.- TRANSMISOR DE TEMPERATURA.

180 + 32

=

212,

5). CALOR. SE LLAMA CALOR AL MOVIMIENTO DE ENERGÍA QUE SE PRODUCE ENTRE DOS O MAS CUERPOS A DISTINTA TEMPERATURA. EL CALOR SIEMPRE SE DESPLAZARA DEL CUERPO MAS CALIENTE AL CUERPO MAS FRIÓ. A CONSECUENCIA DE LA PERDIDA DE ENERGÍA OCASIONADA POR EL MOVIMIENTO DE

CALOR,

EL

CUERPO

A

MAYOR

TEMPERATURA

(MAS

CALIENTE)

SE

ENFRIARA, ES DECIR BAJARA SU TEMPERATURA, POR LO MISMO EN EL CUERPO MAS FRIÓ (A MENOR TEMPERATURA) SU TEMPERATURA SE ELEVARA, ES DECIR SE CALENTARA, ESTO CONTINUARA HASTA QUE TODOS QUEDEN CON IGUAL TEMPERATURA.

LA

VARIACIÓN

EN

LA

TEMPERATURA

DE

LOS

CUERPOS

A

CONSECUENCIA DEL MOVIMIENTO DE CALOR NO OCURRE SIEMPRE EN TODOS LOS CASOS; EN ALGUNOS CASOS EL MOVIMIENTO DE CALOR NO MODIFICARA LA TEMPERATURA DEL CUERPO, ESTO OCURRE AL AGREGAR O RETIRAR CALOR, EL CUERPO EXPERIMENTA UN CAMBIO DE ESTADO, EN ESTAS CONDICIONES LA TEMPERATURA

DEL

CUERPO

PERMANECE

SIN

VARIACIÓN

HASTA

QUE

LA

SUSTANCIA, HAYA PASADO COMPLETAMENTE DE UN ESTADO A OTRO. LAS UNIDADES PARA MEDIR EL CALOR MAS USUALES, SON LA CALORÍA

(cal),

KILOCALORIA

(Kcal)

Y

LOS

BTU

(UNIDAD

TÉRMICA

BRITÁNICA) LOS FACTORES DE CONVERSIÓN ENTRE ESTAS UNIDADES SON: 1 Kcal = 1000 cal 1 BTU

= 252 cal 6). TRANSFERENCIA DE CALOR.

EL CALOR COMO YA SE INDICO EN EL INCISO, ANTERIOR, ES UNA FORMA DE ENERGÍA, Y FLUYE DE LOS OBJETOS MAS CALIENTES HACIA LOS MAS FRÍOS, LA TRANSFERENCIA DE CALOR TRATA DE LOS MECANISMOS A TRAVÉS DE LOS CUALES OCURRE EL MOVIMIENTO DE CALOR DE UN CUERPO A

OTRO. LOS MECANISMOS A TRAVÉS DE LOS CUALES SE TRANSFIERE EL CALOR PUEDE SER UNO O LA COMBINACIÓN DE CUALQUIERA DE LOS MECANISMOS SIGUIENTES: A). CONDUCCIÓN. B). CONVECCIÓN. C). RADIACIÓN.

A). CONDUCCIÓN. SE ENTIENDE COMO LA TRANSFERENCIA DE CALOR QUE PUEDE OCURRIR CUANDO DOS SOLIDOS NO POROSOS A DISTINTA TEMPERATURA SE PONEN EN CONTACTO; O BIEN LA CONDUCCIÓN SE PUEDE PRESENTAR EN UN MISMO SOLIDO NO POROSO, CUANDO EL DICHO CUERPO EXISTEN DOS PUNTOS A TEMPERATURA DIFERENTE.

B). CONVECCIÓN ES LA TRANSFERENCIA DE CALOR ENTRE PORCIONES DE UN FLUIDO (LIQUIDO O GAS) QUE EXISTEN BAJO UNA DIFERENCIA DE TEMPERATURA, ES DECIR CUANDO DOS O MAS PORCIONES DE UN MISMO FLUIDO SE ENCUENTRAN A

DISTINTA

TEMPERATURA.

LA

VELOCIDAD

DE

TRANSFERENCIA

POR

CONVECCIÓN A VECES LENTA PARA CONVECCIÓN LIBRE O NATURAL Y RÁPIDA PARA CONVECCIÓN FORZADA, CUANDO EXISTEN MEDIOS ARTIFICIALES PARA MEZCLAR O AGITAR EL FLUIDO.

C). RADIACIÓN. ES LA TRANSFERENCIA DE CALOR DE UNA FUENTE DE RADIACIÓN (CUERPO O SUSTANCIA A UNA TEMPERATURA MUY ELEVADA) A OTRO CUERPO, EN DONDE UNA PARTE DE CALOR ES ABSORBIDO EN EL RECEPTOR Y OTRA PORCIÓN ES REFLEJADA DEL MISMO.

EL MECANISMO A TRAVÉS DEL CUAL SE TRANSFIERE EL CALOR POR RADIACIÓN, ES A TRAVÉS DE ONDAS DE ENERGÍA, MUY SEMEJANTES A OTRAS FORMAS DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (POR EJEMPLO, LAS ONDAS DE LUZ Y LAS DE RADIO). 7). EL CONTROL AUTOMÁTICO Y SUS ELEMENTOS. UN CONTROLADOR AUTOMÁTICO ES UN INSTRUMENTO QUE MIDE EL VALOR DE UNA CANTIDAD O CONDICIÓN VARIABLE, Y QUE OPERA PARA CORREGIR

O

LIMITAR

LA

DESVIACIÓN

DE

ESTE

VALOR

MEDIDO

CON

REFERENCIA A UN VALOR PREVIAMENTE SELECCIONADO (SET-POINT). EL OBJETO DE ESTE CIRCUITO ES MEDIR Y CONTROLAR UNA VARIABLE,

LA

QUE

ESTA

INCLUIDA

EN

EL

"PROCESO"

O

SISTEMA

CONTROLADO QUE COMPRENDE LAS FUNCIONES EJECUTADAS EN Y POR EL EQUIPO EN EL CUAL LA VARIABLE VA A SER CONTROLADA; LAS VARIABLES MÁS COMUNES QUE NOSOTROS CONOCEMOS Y QUE NECESITAMOS CONTROLAR SON: TEMPERATURA, PRESIÓN, FLUJO Y NIVEL. A). ELEMENTO DE UN CONTROLADOR AUTOMÁTICO. LOS ELEMENTOS DE

UN

CONTROLADOR AUTOMÁTICO LOS PODEMOS

CLASIFICAR EN LA FORMA SIGUIENTE: 1.- LOS ELEMENTOS DE MEDICIÓN, a). EL ELEMENTO PRIMARIO. b). ELEMENTO SECUNDARIO O DE TRANSMISIÓN. 2.- EL SISTEMA DE CONTROL. 3.- EL ELEMENTO FINAL DE CONTROL.

ELEMENTO DE MEDICIÓN. LOS ELEMENTOS DE MEDICIÓN, SON AQUELLOS ELEMENTOS DE UN CONTROLADOR

AUTOMÁTICO,

LOS

CUALES

ES

SU

FUNCIÓN

INDAGAR

Y

COMUNICAR

A

LOS

MEDIOS

DE

CONTROL

EL

VALOR

DE

LA

VARIABLE

CONTROLADA.

a ) . ELEMENTO PRIMARIO.

EL ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN ES AQUEL QUE DETECTA EL VALOR DE LA VARIABLE, O SEA ES LA PORCIÓN DE LOS MEDIOS DE MEDICIÓN QUE PRIMERO UTILIZA O TRANSFORMA LA ENERGÍA DEL MEDIO CONTROLADO, PARA PRODUCIR UN EFECTO QUE ES UNA FUNCIÓN DE LA VARIABLE CONTROLADA. LOS ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICIÓN MÁS COMUNES SON: PARA TEMPERATURA. TERMÓMETROS DE SISTEMA TERMAL LLENO, TERMOPARES, DE RESISTENCIA,

PIROMETROS

DE

RADIACIÓN,

ETC.

BOURDON, FUELLES Y DIAFRAGMAS, ETC. PARA ORIFICIO,

TUBO

VENTURI,

TOBERA

PARA FLUJO.

PRESIÓN.

TUBO

PLACA

DE

DE FLUJO, CAMPANA DE FLUJO

DALL, ETC. NIVEL. ÓPTICOS, DESPLAZADORES, FLOTADORES, MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL, ETC.

b ) . ELEMENTO SECUNDARIO O DE TRANSMISIÓN. EL

ELEMENTO

SECUNDARIO

DE

MEDICIÓN

Y

TRANSMISIÓN

SE

ENCARGA DE AMPLIFICAR LA SEÑAL PROVENIENTE DEL ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN, O BIEN EN TRANSFORMAR ESA FUNCIÓN EN UNA SEÑAL ÚTIL, FÁCILMENTE MEDIBLE,

COMO UNA SEÑAL ELÉCTRICA O UNA

PRESIÓN

NEUMÁTICA,

QUE

DEPENDIENDO

INSTRUMENTOS, SON SEÑALES DE:

DE

LOS

FABRICANTES

4 A 20 ó 10 A 50

DE

mA EN LOS

Y DE 3 A 15 Ó 6 A 30 lb/pulg2 EN EL CASO DE LOS

ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS. LA

SEÑAL

DETECTADA

Y

TRANSMITIDA

POR

LOS

MEDIOS

DE

MEDICIÓN (ELEMENTO PRIMARIO Y SECUNDARIO) ES UNA FUNCIÓN DE LA VARIABLE CONTROLADA O SEA DE LA CANTIDAD O CONDICIÓN QUE ES MEDIDA Y/O CONTROLADA. LA SEÑAL DE LA VARIABLE CONTROLADA YA SEA ELÉCTRICA, NEUMÁTICA,

HIDRÁULICA,

ELECTRÓNICA,

ETC.,

ES

TRASMITIDA

SIMULTÁNEAMENTE A UN DISPOSITIVO DE INDICACIÓN Y/O REGISTRO Y A UN CONTROLADOR. LOS TRANSMITIR

ELEMENTOS SEÑALES

DE

DE

TRANSMISIÓN

LAS

VARIABLES

SON DE

EMPLEADOS

CONTROL

COMO

PARA SON:

TEMPERATURA, FLUJO, NIVEL Y PRESIÓN, A LOS CUALES SE LES DA EL NOMBRE DE TRANSMISORES DE FLUJO (TF), NIVEL (TN), PRESIÓN (TP) Y TEMPERATURA (TT). HAY

DIFERENTES

TIPOS

DE

TRANSMISORES

NEUMÁTICOS

O

ELECTRÓNICOS. EN ALGUNOS SE TIENE EN EL TRANSMISOR UNA ESCALA PARA LEER EL VALOR DE LA VARIABLE DIRECTAMENTE EN EL, A ESTE TIPO DE TRANSMISORES SE LES DA EL NOMBRE DE TRANSMISORES INDICADORES; YA QUE TRASMITEN LA SEÑAL DE LA VARIABLE HACIA UN CONTROLADOR O EN SU CASO A UN REGISTRADOR, Y AL MISMO TIEMPO INDICAN EL VALOR DE LA VARIABLE. LA SEÑAL QUE MANDAN LOS TRANSMISORES DE FLUJO ES DE TIPO CUADRÁTICA, YA QUE ASI SE GENERA EN EL ELEMENTO PRIMARIO DE

MEDICIÓN; PARA CONVERTIRLA EN UNA SEÑAL LINEAL, ESTOS TRANSMISORES GENERALMENTE VAN ACOMPAÑADOS DE OTRO INSTRUMENTO, AL CUAL SE LE DA EL NOMBRE DE EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA, EL CUAL SE ENCARGA DE CONVERTIR LA SEÑAL CUADRÁTICA EN UNA SEÑAL LINEAL Y ASI PODER MANDARLA A UN CONTROLADOR. EN EL CASO DE QUE LA SEÑAL DEL TRANSMISOR DE FLUJO VAYA ÚNICAMENTE

A

UN

REGISTRADOR,

EL

TRANSMISOR

PUEDE

O

NO

IR

ACOMPAÑADO DE UN EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA. SI NO SE EMPLEA EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA EN EL REGISTRADOR SE DEBE UTILIZAR UNA GRÁFICA DE TIPO LOGARÍTMICA, EN EL CASO CONTRARIO SE DEBE UTILIZAR UNA GRÁFICA DE TIPO LINEAL.

2.- EL SISTEMA DE CONTROL. EL ELEMENTO DE MEDICIÓN ESTA GENERALMENTE EN CONTACTO DIRECTO CON LA MATERIA A LA QUE SE LE ESTA MIDIENDO, YA SEA SU TEMPERATURA, PRESIÓN, FLUJO O NIVEL. LA SEÑAL GENERADA EN EL ELEMENTO DE MEDICIÓN LA RECIBE EL TRANSMISOR EL CUAL ENVÍA LA SEÑAL YA TRANSFORMADA (ELÉCTRICA O NEUMÁTICA) AL CONTROLADOR; EN ESTE CONTROLADOR SE COMPARA LA SEÑAL QUE VIENE DEL TRANSMISOR CON UNA SEÑAL DE MAGNITUD DETERMINADA, FIJADA POR EL OPERADOR POR MEDIO

DEL

PUNTO

DE

CONTROL

(SET

TRANSMISOR ES DIFERENTE DE LA SEÑAL DE

POINT).

SI

LA

SEÑAL

DEL

SET POINT, EL CONTROLADOR

ENVÍA UNA CORRECCIÓN A LA VÁLVULA DE CONTROL, PARA TRATAR DE IGUALAR EL VALOR DE LA VARIABLE QUE SE TRATA DE CONTROLAR AL VALOR DESEADO QUE FIJA EL SET POINT; AL CORREGIRSE LA VARIABLE A ESTE NUEVO VALOR EL TRANSMISOR ENVIARA OTRA VEZ UNA SEÑAL A COMPARARSE

EN EL CONTROLADOR CON EL VALOR FIJADO POR EL SET-POINT. SI VUELVE A HABER DIFERENCIA SE GENERA UNA SEÑAL CORRECTIVA A LA VÁLVULA, PROCEDENTE DEL CONTROLADOR ESTE PROCESO SE REPITE INDEFINIDAMENTE. 3.- ELEMENTO FINAL DE CONTROL.

EL ELEMENTO FINAL DE CONTROL, EN UN SISTEMA DE CONTROL SE TRATA DE UNA VÁLVULA AUTOMÁTICA CONTROLADORA DE FLUJO, LA CUAL GENERALMENTE ES ACTUADA POR UNA SEÑAL NEUMÁTICA, PROVENIENTE DE UN CONTROLADOR,

LA

VÁLVULA

AUTOMÁTICA

ACTÚA

SOBRE

EL

AGENTE

DE

CONTROL MODIFICANDO EL FLUJO DEL MISMO Y AFECTADO EN ESTA FORMA A LA VARIABLE DE CONTROL A LA CUAL SE BUSCA AJUSTAR A UN VALOR DESEADO (SET-POINT). CUANDO LA VÁLVULA AUTOMÁTICA, SE ENCUENTRA MUY ALEJADA DEL

CONTROLADOR,

SE

EMPLEA

OTRO

INSTRUMENTO

CONOCIDO

COMO

POSICIONADOR, EL CUAL EN LA MAYOR PARTE DE LOS CASOS SE MONTA SOBRE EL CUERPO DE LA VÁLVULA, Y SE EMPLEA PARA AJUSTAR LA ABERTURA

DE

LA

VÁLVULA

A

LA

POSICIÓN

SOLICITADA

POR

EL

CONTROLADOR.

3.1 TIPO DE ACCIONES EN LAS VÁLVULAS DE CONTROL.

SEGÚN SU ACCIÓN, LOS CUERPOS DE LAS VÁLVULAS SE DIVIDEN EN VÁLVULAS DE ACCIÓN DIRECTA, CUANDO SE TIENEN QUE BAJAR PARA CERRAR, E INVERSA CUANDO TIENEN QUE BAJAR PARA ABRIR. ESTA MISMA DIVISIÓN SE APLICA A LOS SERVOMOTORES, QUE SON DE ACCIÓN DIRECTA,

CUANDO APLICANDO AIRE, EL VASTAGO SE MUEVE HACIA ABAJO, E INVERSA CUANDO AL APLICAR AIRE EL VASTAGO SE MUEVE HACIA ARRIBA.

AL

COMBINAR

ESTAS

ACCIONES

SE

CONSIDERA

SIEMPRE

LA

POSICIÓN DE LA VÁLVULA SIN AIRE SOBRE SU DIAFRAGMA, CON EL RESORTE MANTENIENDO EL DIAFRAGMA Y POR LO TANTO LA VÁLVULA EN UNA DE SUS POSICIONES EXTREMAS. CUANDO LA VÁLVULA SE CIERRA AL APLICAR AIRE SOBRE EL DIAFRAGMA O SE ABRE CUANDO SE QUITA EL AIRE, DEBIDO A LA ACCIÓN DEL RESORTE, SE DICE QUE LA VÁLVULA SIN AIRE ABRE O AIRE PARA CERRAR (ACCIÓN DIRECTA). AL

ABRIR

LA

VÁLVULA

CUANDO

SE

APLICA

AIRE

SOBRE

EL

DIAFRAGMA Y SE CIERRA POR LA ACCIÓN DEL RESORTE, CUANDO SE QUITA EL AIRE, SE DICE QUE LA VÁLVULA SIN AIRE CIERRA O AIRE PARA ABRIR (ACCIÓN INVERSA). CONSIDERACIONES ANÁLOGAS SE APLICAN A LAS VÁLVULAS CON SERVOMOTOR ELÉCTRICO:

ACCIÓN

DIRECTA:

CON

EL

SERVOMOTOR

DESEXITADO

LA

VÁLVULA

ESTA

ABIERTA. ACCIÓN INVERSA: CON EL SERVOMOTOR DESEXITADO LA VÁLVULA ESTA CERRADA.

AL SELECCIONAR LA VÁLVULA ES IMPORTANTE CONSIDERAR ESTOS FACTORES DESDE EL PUNTO DE VISTA SEGURIDAD. NINGUNA INSTALACIÓN ESTA EXENTA DE AVERIAS Y UNA DE ELLAS PUEDE SER UN FALLO DE AIRE O

DE

CORRIENTE

DE

ALIMENTACIÓN

CON

LO

CUAL

LA

VÁLVULA

PASA

NATURALMENTE A UNA DE SUS POSICIONES EXTREMAS Y ESTA DEBE SER LA MAS SEGURA PARA EL PROCESO.

B). ALARMAS Y DISPOSITIVOS DE CORTE, EQUIPO PROTECTOR DE PROCESOS.

MUCHAS OPERACIONES EN LAS PLANTAS DE PROCESOS REQUIEREN ALGUNOS

MEDIOS

VARIABLES

DE

DE

DETECCIÓN

PROCESO.

LOS

DE

CONDICIONES

INSTRUMENTOS

PARA

ANORMALES

EN

MONITOREAR

LAS

ESTAS

VARIABLES SON ALARMAS DE LIMITE, PERMISIVOS Y DISPOSITIVOS DE CORTE. LOS DISPOSITIVOS DE DETECCIÓN SON GENERALMENTE REFERIDOS COMO

INTERRUPTORES.

ELÉCTRICOS.

LA

ESTO

MAYOR

NO

SIGNIFICA

PARTE

SON

QUE

TAMBIÉN

ELLOS

SOLO

UTILIZADOS

SEAN COMO

INTERRUPTORES ACTUADOS NEUMÁTICAMENTE, Y POR ENDE TAMBIÉN PUEDEN SER APLICADOS A CIRCUITOS DE CORTE.

LISTA

DE

DISPOSITIVOS

SENSORES

PERMISIVO Y/O PROTECCIÓN:

A.- ACTUADOS POR VARIABLE DIRECTA DE PROCESO: A.1.- DE FLUJO. A.2.- DE NIVEL. A.3.- DE PRESIÓN. A.4.- DE TEMPERATURA

PARA

ALARMA,

A.5.- DE VELOCIDAD.

B.- ACTUADOS POR SEÑAL NEUMÁTICA.

C.- ACTUADOS POR SEÑAL ELÉCTRICA.

7.1 INTERRUPTOR DE PRESIÓN (tipo diafragma y pistón). EL ELEMENTO SENSOR DE PRESIÓN EN ESTOS INTERRUPTORES ES UN PISTÓN ENSAMBLADO A UNA FLECHA Y SELLADO DEL PROCESO POR UN DIAFRAGMA Y ANILLO DE SELLO. LA

PRESIÓN

DEL

MATERIAL

DEL

PROCESO

ACTÚA

SOBRE

EL

PISTÓN, HACIENDO QUE ESTE SE MUEVA CONTRA LA FUERZA DEL RESORTE DEL RANGO; EL PISTÓN SE MUEVE ÚNICAMENTE UNA DECIMA DE MILÍMETRO PARA HACER ACTUAR EL MICROINTERRUPTOR, ES POR ELLO QUE HAY UN MÍNIMO DE FRICCIÓN, DESGASTE DE LAS PARTES Y MAS LINEALIDAD.

REDUCIR ESTA CANTIDAD DE AGUA EN EL VAPOR A VALORES DE FRACCIONES, REQUIERE DE SEPARADORES DE ALTA EFICIENCIA. LA IMPUREZA DEL VAPOR PUEDE EXPRESARSE CON LA SIGUIENTE FORMULA: % IMPUREZA = 100 - 100 Ps / NCb DONDE: Ps = PPM DE IMPUREZAS EN EL VAPOR. N

= RELACIÓN DE CIRCULACIÓN.

Cb = CONCENTRACIONES DEL AGUA DE LA CALDERA. LA FUNCIÓN DE LOS INTERNOS DEL DOMO EN LAS CALDERAS ES EL DE SEPARAR EL AGUA DEL VAPOR Y DIRIGIR EL FLUJO DE AGUA Y VAPOR CON UN PATRÓN ÓPTIMO QUE DISTRIBUYA UNIFORMEMENTE LA TEMPERATURA DEL METAL DEL DOMO DURANTE LA OPERACIÓN DE LA CALDERA. ESTOS INTERNOS PUEDEN SER DEL TIPO DE MAMPARAS METÁLICAS QUE PRODUCEN CAMBIOS DE DIRECCIÓN DE LA MEZCLA AGUA-VAPOR O SEPARADORES QUE IMPRIMEN UN MOVIMIENTO GIRATORIO O MALLAS QUE PROPORCIONAN UN SECADO FINAL AL VAPOR ANTES DE SALIR DEL DOMO.

EN LA SEPARACIÓN AGUA-VAPOR PARTICIPAN MUCHOS FACTORES COMO LOS SIGUIENTES:

a).

DENSIDAD DEL AGUA CON RESPECTO AL VAPOR.

b).

CAÍDA DE PRESIÓN DISPONIBLE EN EL DISEÑO DE INTERNOS DEL DOMO .

c).

LA CANTIDAD DE AGUA EN LA MEZCLA ENTRANDO

d).

NIVEL DE AGUA EN EL DOMO .

e).

CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN EL AGUA DE CALDERA . EN LA FIG .

3.1

AL

SE MUESTRA LA RELACIÓN DE

DOMO DE VAPOR .

LA

DENSIDAD DEL AGUA

A

LA

DENSIDAD DE VAPOR A DIFERENTES PRESIONES EN DONDE SE PUEDE APRECIAR QUE HEDIDA QUE POR

LO

LA

PRESIÓN SE INCREMENTA LA RELACIÓN DE DENSIDADES ES MENOR Y

LA

TANTO

REQUIRIENDO MUESTRAN

SEPARACIÓN

SEPARADORES

DIFERENTES

DEPENDIENDO

A

DEL

USO

DE

ESTOS

MÁS EFICIENTES .

TIPOS Y

ELEMENTOS EN

LAS FIG .

SEPARADORES ,

DE

ESPACIO

SE

DISPONIBLE

LOS PARA

HACE

3.2, 3,3

CUALES SU

MÁS

SON

Y

DIFÍCIL

3.4

SE

APLICABLES

INSTALACIÓN

Y

LAS

CONDICIONES DE PRESIÓN EN EL DOMO . COMO YA ANTES SE HABÍA MENCIONADO A MEDIDA DE QUE SE INCREMENTA LA PRESIÓN DE VAPOR LA SEPARACIÓN DEL AGUA DEL VAPOR SE TORNA MÁS DIFÍCIL , DE

LA

MISMA

MANERA ,

EL

TIPO

DE

SEPARADOR VA

CAMBIANDO

PARA

SATISFACER

LOS

OBTENER

LA

MÁXIMA EFICIENCIA DE SEPARACIÓN . LOS

INTERIORES

DEL

DOMO

DEBERÁN

SIGUIENTES

REQUISITOS :

1).

PROPORCIONAR VAPOR DE ALTA PUREZA , IMPIDIENDO CON ELLO DEPÓSITOS EN

LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR .

2).

PROPORCIONAR AGUA LIBRE DE VAPOR A LOS TUBOS DE BAJADA PARA OBTENER EL MÁXIMO DE CIRCULACIÓN .

3). MANTENER LA PUREZA DEL VAPOR, PESE A LOS CAMBIOS DEL NIVEL DEL AGUA, QUE OCURREN DURANTE LA OPERACIÓN NORMAL. 4). ASEGURAR QUE LA CAÍDA DE PRESIÓN A TRAVÉS DE LOS SEPARADORES SEA MÍNIMA.

5). ASEGURAR ACCESIBILIDAD MÁXIMA PARA LA INSPECCIÓN DEL DOMO Y DE LOS TUBOS. 6). SER DE UN DISEÑO SENCILLO PARA REDUCIR AL MÍNIMO EL TIEMPO DE INSTALACIÓN Y CAMBIO.

3.2 TUBOS DE LA CALDERA. UNO DE LOS COMPONENTES MAS IMPORTANTES EN LAS CALDERAS, SON LOS TUBOS DE LAS MISMAS, PUDIENDO SER ESTOS, TUBOS RECTOS O CURVOS. LOS PRIMEROS DESEMPEÑAN UN PAPEL MUY IMPORTANTE EN EL GENERADOR, PUESTO QUE SON LOS QUE ESTÁN COLOCADOS ALREDEDOR DEL HOGAR, RAZÓN POR LA CUAL TIENEN LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN DE CALOR MAS ALTA Y ESTÁN SUJETOS A FLUCTUACIONES DE TEMPERATURA Y PRESIÓN MAS, FUERTES. LOS TUBOS DE UNA CALDERA SE LES CLASIFICA EN: A). TUBOS DESCENDENTES O BAJANTES. B). TUBOS ASCENDENTES, EBULLIDORES O HERVIDORES.

A). TUBOS DESCENDENTES O BAJANTES. SE LLAMAN TUSOS DESCENDENTES DEV1DO A QUE POR ELLOS EL AGUA, RELATIVAMENTE FRÍA, DESCIENDE HACIA EL DOMO INFERIOR; ESTOS TUBOS ESTÁN COLOCADOS EN LA ZONA DE CONVECCIÓN DE LA CALDERA, RECIBIENDO POR ESTA RAZÓN EL CALOR POR CONVECCIÓN DE LOS GASES QUE SE DESPRENDEN EN EL HOGAR. A MEDIDA QUE EL AGUA DESCIENDE A TRAVÉS DE

ELLOS

SU

TEMPERATURA

SE

ESPECIFICO) VA DISMINUYENDO.

VA

ELEVANDO

Y

SU

DENSIDAD

(PESO

B).

TUBOS ASCENDENTES O EBULLIDORES. ESTOS TUBOS RECIBEN SU NOMBRE, DEBIDO A QUE A TRAVÉS DE

ELLOS EMPIEZA A EBULLIR EL AGUA, ES DECIR EL AGUA EMPIEZA A CONVERTIRSE EN VAPOR, A MEDIDA QUE ASCIENDE DE RETORNO AL DOMO SUPERIOR.

ESTOS

TUBOS

SE

ENCUENTRAN

COLOCADOS

EN

LA

ZONA

DE

RADIACIÓN FORMANDO EN SU MAYORÍA LAS PAREDES DE AGUA DEL HOGAR, RECIBIENDO DEBIDO A ESTO EL CALOR POR RADIACIÓN DIRECTAMENTE DE LA FLAMA EN EL HOGAR. LA FORMA MAS CONVENIENTE PARA PROTEGER DICHOS TUBOS CONTRA FALLAS, ES LA DE ASEGURAR A TRAVÉS DE ELLOS UNA CIRCULACIÓN. DE AGUA

ADECUADA,

BAJO

TODAS

LAS

CONDICIONES,

QUE

LA

OPERACIÓN

REQUIERE. ESTOS TUBOS, COMO ANTERIORMENTE

SE

INDICA, VAN UNIDOS EN

SUS EXTREMOS A DOS CABEZALES (SUPERIOR E INFERIOR) EN LOS CUALES VAN ROLADOS LOS TUBOS O TAMBIÉN EN ALGUNOS DISEÑOS, LA FORMA CON QUE SE UNEN A LOS CABEZALES ES POR LA

FUNCIÓN

PRINCIPAL

MEDIO

DEL

DE SOLDADURA.

RESTO

DE

LOS

TUBOS

EN

EL

GENERADOR DE VAPOR, ES LA DE ESTABLECER LA CIRCULACIÓN DEL AGUA EN LA CALDERA, LA CUAL POR LA DIFERENCIA DE DENSIDAD ENTRE EL AGUA QUE ENTRA Y LA QUE VA ELEVANDO SU TEMPERATURA, POR EL INTERCAMBIO DE CALOR QUE SE PRESENTA, HACE QUE ESTA TENGA LUGAR. SE HA

ENCONTRADO QUE EL DISEÑO QUE MAS FAVORECE A ESTOS ES EL QUE CONSTAN DE UNA O MAS CURVAS DENTRO DE LA MISMA LONGITUD DE UN MISMO TUBO, DANDO CON ELLO LA FORMACIÓN DE TUBOS CURVOS, LA VENTAJA QUE DE ELLO SE DESPRENDE ES QUE DEBIDO A SU DISEÑO PUEDE SOPORTAR MEJOR LAS EXPANSIONES PROVOCADAS POR LA TEMPERATURA Y PRESIÓN QUE TIENEN LUGAR DENTRO DE LA CALDERA. LA FORMA EN QUE ESTOS TUBOS SE CONECTAN A LOS DOMOS DE LA CALDERA, ES RADIAL Y VAN ROLADOS A ESTOS.

3.3

NIVEL ÓPTICO. TODAS

LAS

CALDERAS

DE

VAPOR

ESTÁN

EQUIPADAS

CON

UN

INDICADOR DE NIVEL DE AGUA QUE PERMITE LA OBSERVACIÓN VISUAL DE LA CANTIDAD DE AGUA QUE CONTIENE LA CALDERA. PUDIENDO SER ESTOS DE INDICACIÓN DIRECTA O REMOTA. EN EL PRIMER CASO, VA CONECTADO A UNA COLUMNA, LA CUAL A SU VEZ PARTE POR MEDIO DE CONEXIONES COLOCADAS DEL DOMO SUPERIOR, TANTO DEL LADO DE AGUA COMO LA DE VAPOR. SOLDADAS AL CUERPO DE DICHA COLUMNA TIENE TRES VÁLVULAS DE PRUEBA, PERMITIENDO CON LO ANTERIOR

AL OPERADOR CERCIORARSE MANUALMENTE

DEL NIVEL DEL AGUA DENTRO DE LA CALDERA, ADEMAS TIENEN UNA VÁLVULA DE PURGA, LA CUAL SE OPERA UNA VEZ POR GUARDIA PARA ASEGURAR NO SE VAYA

OBSTRUCCIONANDO

CON

SEDIMENTOS

PRODUCTO

DEL

TRATAMIENTO

INTERNO. EL NIVEL DIRECTO CONECTADO A DICHA COLUMNA PUEDE SER BLOQUEADO POR MEDIO DE LAS VÁLVULAS QUE LO UNEN A ELLA, PARA PODER EN CASO NECESARIO DARLE MANTENIMIENTO EN OPERACIÓN. QUEDANDO AL

RECURSO DE COMPROBAR EL NIVEL DENTRO DE LA CALDERA POR MEDIO DE LOS GRIFOS DE PRUEBA O POR EL NIVEL REMOTO. EL INDICADOR DE NIVEL REMOTO IGUAL QUE EL ANTERIOR VA CONECTADO AL DOMO SUPERIOR POR MEDIO DE LAS VÁLVULAS DE BLOQUEO TANTO DEL LADO DE VAPOR COMO DEL LADO DE AGUA, GENERALMENTE DE TOMAS DIFERENTES, PARA NO TENER DE UN MISMO LADO LA FUENTE DE INFORMACIÓN Y QUE EN UN MOMENTO DADO TUVIERA EL MISMO ERROR. ESTE MANDA LA SEÑAL DE DICHO NIVEL A EL TABLERO GENERAL DE OPERACIÓN DE LA CALDERA.

3.4 DOMO INFERIOR O DOMO DE LODOS. UNO DE LOS MAYORES PROBLEMAS QUE SE PRESENTAN EN LA OPERACIÓN DE LA CALDERA, ES LA FORMACIÓN DE LODOS, PRODUCTO DEL TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA DE LA MISMA, SIENDO LA FUNCIÓN PRINCIPAL DEL DOMO INFERIOR, LA ELIMINACIÓN DE ESTOS, PARA EVITAR SE

DEPOSITEN

INCRUSTÁNDOLOS;

EN

LA

SUPERFICIE

QUE AL HACERLO,

INTERIOR

DE

LOS

TUBOS

ADEMAS DE BAJAR LA CAPACIDAD DE

TRANSMISIÓN DE CALOR EN LA CALDERA, PROVOCAN SOBRECALENTAMIENTOS QUE DEFORMAN EL TUBO Y POSTERIORMENTE AL DEBILITAR EL MATERIAL, LO ROMPEN. DE MODO QUE PARA MANTENER LA OPERACIÓN DE LA CALDERA EN UN GRADO DE SEGURIDAD ALTA, ES NECESARIA LA ELIMINACIÓN DE ESTOS LODOS,

HACIÉNDOSE

ESTA

EN

FORMA

PERIÓDICA,

POR

MEDIO

DE

LAS

VÁLVULAS COLOCADAS EN EL DOMO INFERIOR, LLAMADAS DE PURGA DE FONDO

O DE EXTRACCIÓN DE LA CALDERA. LA PRACTICA HA DEMOSTRADO QUE UNA VEZ POR GUARDIA ES MAS QUE SUFICIENTE PARA DESALOJAR LOS LODOS FORMADOS, ENTENDIÉNDOSE LO ANTERIOR, EN OPERACIÓN NORMAL, PUES EN OCASIONES ES NECESARIO PROGRAMAR PURGAS ADICIONALES. LA FORMA MAS ADECUADA

DE

HACER

LAS

EXTRACCIONES

DE

FONDO,

SERA

TRATADA

POSTERIORMENTE AL TRATARSE LO REFERENTE A DICHAS PURGAS.

3.5 PURGADO DE LA CALDERA. EL AGUA DE ALIMENTACIÓN DE LA CALDERA, CON INDEPENDENCIA DEL TIPO DE TRATAMIENTO USADO PARA PROCESAR EL REEMPLAZO, TODAVÍA CONTIENE CONCENTRACIONES MENSURABLES DE IMPUREZAS. LOS PRODUCTOS QUÍMICOS DEL TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA DE CALDERA CONTRIBUYEN TAMBIÉN AL NIVEL DE SOLIDOS EN EL AGUA DE CALDERA.

CUANDO SE GENERA VAPOR, SE DESCARGA DE LA CALDERA VAPOR DE LOS EN

AGUA

ESENCIALMENTE

PURO,

Y

ESTO

PERMITE

QUE

SOLIDOS INTRODUCIDOS EN EL AGUA DE ALIMENTACIÓN SE QUEDEN LOS

CIRCUITOS

DE

LA

CALDERA.

EL

RESULTADO

NETO

DE

QUE

CONTINUAMENTE SE AÑADAN IMPUREZAS Y SE SAQUE AGUA PURA ES UN AUMENTO ESTABLE EN EL NIVEL DE SOLIDOS DISUELTOS EN EL AGUA DE CALDERA.

EXISTE

UN

LÍMITE

PARA

LA

CONCENTRACIÓN

DE

CADA

COMPONENTE DEL AGUA DE CALDERA. PARA EVITAR QUE SE REBASEN ESTOS LIMITES DE CONCENTRACIÓN, SE SACA AGUA DE LA CALDERA COMO PURGA Y SE DESCARGA HACIA EL DESECHO. UNA

MANERA

DE

VER

EL

PURGADO

DE

LA

CALDERA

ES

CONSIDERARLO COMO UN PROCESO DE DILUCIÓN DE LOS S0LID05 DEL AGUA

DE CALDERA AL SACARLE AGUA DESDE EL SISTEMA A UNA VELOCIDAD QUE INDUCE UN FLUJO DE AGUA DE ALIMENTACIÓN HACIA LA CALDERA, EN EXCESO RESPECTO A LA DEMANDA DE VAPOR. EXISTEN DOS PUNTOS SEPARADOS PARA EL PURGADO EN CADA SISTEMA DE CALDERA. EN UNO SE ENCUENTRA EL FLUJO DE PURGADO QUE SE CONTROLA PARA REGULAR LOS SOLIDOS DISUELTOS U OTROS FACTORES EN EL AGUA DE CALDERA. EL OTRO ES UN PURGADO INTERMITENTE O DE MASA, QUE EN. GENERAL PROVIENE DEL TAMBOR DE LODOS O DE LOS CABEZALES DE LA PARED DE AGUA, Y EL QUE SE OPERA EN FORMA INTERMITENTE A UNA CARGA REDUCIDA PARA LIBERARLA DE LOS SOLIDOS SEDIMENTADOS ACUMULADOS EN LAS ÁREAS RELATIVAMENTE ESTANCADAS.

3.6 SOBRECALENTADORES EL CALOR APLICADO AL AGUA CONTENIDA EN UN RECIPIENTE CERRADO,

LA

TRANSFORMA

EN

VAPOR.

EN

TANTO

PERMANEZCA

CIERTA

CANTIDAD DE LIQUIDO EN EL RECIPIENTE, LA TEMPERATURA DEL AGUA Y LA DEL VAPOR PERMANECERÁN SUSTANCIALMENTE CONSTANTES, MANTENIÉNDOSE EL VAPOR EN ESTADO HÚMEDO, O SEA EN ESTADO DE SATURACIÓN. LA TEMPERATURA DEL VAPOR SERA DETERMINADA POR SU PRESIÓN. YA QUE PARA CADA

PRESIÓN

CORRESPONDIENTE.

DE

VAPOR

SATURADO

HAY

UNA

TEMPERATURA

LA CANTIDAD DE CALOR AGREGADA A DETERMINADA UNIDAD DE PESO DE AGUA, ES TAMBIÉN CONSTANTE PARA UNA PRESIÓN DADA DE VAPOR SATURADO. UNA VEZ QUE TODA EL AGUA SE HA EVAPORADO, O CUANDO EL VAPOR

SE

RETIRA

DEL

CONTACTO

CON

EL

LIQUIDO,

EL

SUMINISTRO

ADICIONAL DE CALOR AUMENTARA SU TEMPERATURA DE ACUERDO CON LAS LEYES QUE RIGEN PARA LOS GASES. LA PRODUCCIÓN DE VAPOR A TEMPERATURAS MAYORES QUE LA DE SATURACIÓN, RECIBE EL NOMBRE DE SOBRECALENTAMIENTO. LA TEMPERATURA AGREGADA SE LE LAMA GRADO DE SOBRECALENTAMIENTO. ESTO SE LOGRA CON LOS SOBRECALENTADORES DE LA CALDERA, QUE DE ACUERDO CON EL LUGAR QUE OCUPEN LA CALDERA PUEDE SER DE RADIACIÓN, CONVECCIÓN O UNA COMBINACIÓN DE AMBAS. LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR DEBEN TENER UN ENFRIAMIENTO ADECUADO,

PARA

EVITAR

SOBRECALENTAMIENTOS.

NECESITAN

UN

FLUJO

DE

VAPOR

RÁPIDO

PARA Y

LO

ANTERIOR

UNIFORMEMENTE

REPARTIDO. DICHA VELOCIDAD DEL VAPOR A TRAVÉS DE LOS TUBOS ESTA LIMITADA POR LA CAÍDA DE PRESIÓN ADMISIBLE.

LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR, ES UNA SERIE DE TUBOS DOBLADOS EN FORMA DE "U" O CON MAYOR NUMERO DE VUELTAS PARA AUMENTAR SU LONGITUD, CONECTADOS EN PARALELO ENTRE LOS CABEZALES DE ENTRADA Y SALIDA. GENERALMENTE DICHOS CABEZALES SON COLOCADOS FUERA DE LA CALDERA, LOS ELEMENTOS ESTÁN UNIDOS A LOS CABEZALES, POR MEDIO DE

SOLDADURA O POR MEDIO DE UNA CONEXIÓN ESFÉRICA QUE LA MANTIENE UNIDA AL MISMO. PARA

UNA

UNIDAD

DISEÑADA

PARA

ALTA

TEMPERATURA

DE

VAPOR

(APROXIMADAMENTE 900 °F O 482 °C), SE REQUIERE CONTROL INTERMEDIO DE TEMPERATURA SI EL COMBUSTIBLE PRINCIPAL ES PETRÓLEO Y EL SECUNDARIO DE GAS, AUNQUE LA CARACTERÍSTICA DE TEMPERATURA DE VAPOR ES LA MISMA PARA AMBOS COMBUSTIBLES. LA TEMPERATURA DEL VAPOR SERA APROXIMADAMENTE 50 °F (10 °C) MAYOR CON GAS QUE CON PETRÓLEO SI NO SE USA EL CONTROLADOR DE TEMPERATURA. EN ESTE RANGO DE TEMPERATURA, SIN EMBARGO, EL COSTO EXTRA DEL

CONTROL

DE

TEMPERATURA

INTERMEDIO

SE

PAGA

POR

LO

MENOS

PARCIALMENTE, ESTO POR LA REDUCCIÓN DE LA CANTIDAD Y/O LA CALIDAD DE

LA

FLUXERIA

SOBRECALENTADOR.

DE

ALEACIÓN

REQUERIDA

EN

LOS

ELEMENTOS

DEL

CUANDO

LA

DISPONIBILIDAD

DE

COMBUSTIBLE

ES

GAS

COMO

PRINCIPAL, EL CONTROLADOR DE TEMPERATURA NO SIEMPRE SE JUSTIFICA, ESPECIALMENTE CUANDO EL COMBUSTIBLE SECUNDARIO ES PETRÓLEO, Y SE USA MUY INFRECUENTEMENTE; POR LO QUE LA REDUCCIÓN DE EFICIENCIA DE LA PLANTA GENERADORA PODRÍA TOLERARSE POR PERIODOS CORTOS. PARA CALDERAS DISEÑADAS PARA COMBUSTIBLES DE BAJO PODER CALORÍFICO COMO CO, Y QUE ADEMAS DEBE SER CAPAZ DE GENERAR A PLENA CARGA CON PETRÓLEO O GAS, EL CONTROL DE TEMPERATURA RARA VEZ SE JUSTIFICA;

EN

ESTE

CASO

DEBE

SELECCIONARSE

S08RECALENTAD0R TEMPERATURA

DEL

VAPOR,

LA

CALIDAD

DEBIDO

A

PARA QUE

DE

ACERO

LA

USADO

CONDICIÓN

LAS

EN

DE

EL

MAYOR

COMBINACIONES

DE

COMBUSTIBLE NO ES CRITICA PARA LA OPERACIÓN DE LA PLANTA. EN EL SOBRECALENTADOR, LA ABSORCIÓN DE CALOR ES UNIFORME EN TODA LA ALTURA DEL ELEMENTO. CUALQUIER CANTIDAD DE CONDENSADO QUE LLEGARA A ACUMULARSE EN ALGUNOS DE LOS RETORNOS TIPO "U" DEL ELEMENTO,

SE

EVAPORA

ENFRIAMIENTO

DEL

RÁPIDAMENTE

METAL

A

LA

PERMITIENDO

TEMPERATURA

EL

FLUJO

ADECUADA;

Y

Y

EL COMO

PROTECCIÓN ADICIONAL, PUEDEN INSTALARSE TERMOPAREDES EN ALGUNOS DE LOS ELEMENTOS. ESTO PERMITE A LOS OPERADORES AJUSTAR LA COMBUSTIÓN Y EL VENTEO DEL VAPOR PARA DEJAR LA UNIDAD EN LINEA EN UN MÍNIMO DE TIEMPO EN CONDICIONES DE SEGURIDAD. LOS ELEMENTOS SE SOPORTAN DE LOS CABEZALES QUE ESTÁN LOCALIZADOS

FUERA

DEL

HORNO.

PARA

MANTENER

ALINEADOS

LOS

ELEMENTOS, SE UTILIZAN ESPACIADORES ENFRIADOS POR VAPOR SATURADO, DE TAL FORMA QUE SE EVITA TODA CANALIZACIÓN DE FLUJO DE GASES, LO CUAL PRODUCE ABSORCIÓN DESIGUAL DE CALOR EN LOS ELEMENTOS.

LOS ELEMENTOS TIENEN LA SUFICIENTE SEPARACIÓN ENTRE SI QUE EVITAN LA ACUMULACIÓN DE DEPÓSITOS.

3.6 CONTROL DE TEMPERATURA DE VAPOR.

LA TEMPERATURA DE VAPOR SOBRECALENTADO DEBE CONTROLARSE ENTRE OTRAS RAZONES, PORQUE UN SOBRECALENTAMIENTO EXCESIVO PUEDE DAÑAR

EL

SOBRECALENTADOR

Y

PORQUE

SU

VARIACIÓN

AFECTA

EL

RENDIMIENTO DEL GENERADOR DE VAPOR; PARA ESTO ULTIMO SE ESTIMA QUE UN CAMBIO DE TEMPERATURA DE 5.5 °C (10 °F) AFECTA EN UN 0.25% LA EFICIENCIA MENCIONADA. VARIABLES

QUE

AFECTAN

LA

TEMPERATURA

DE

VAPOR: % DE

CARGA, EXCESO DE AIRE, TEMPERATURA DEL AGUA DE' ALIMENTACIÓN, LIMPIEZA EN EL LADO DE GASES DEL GENERADOR, USO DE VAPOR PARA EQUIPO AUXILIAR, OPERACIÓN DE LOS QUEMADORES, CARACTERÍSTICA DE LOS COMBUSTIBLES, ETC. LA TEMPERATURA DE VAPOR SE PUEDE "AJUSTAR" O CONTROLAR”. PARA

AJUSTARLOS

SE

PUEDE:

QUITAR

O

PONER

ELEMENTOS

(TUBOS) AL SOBRECALENTADOR, VARIAR LAS DIMENSIONES DE LAS MAMPARAS FRENTE A LOS TUBOS

Y CAMBIAR LA

VELOCIDAD DE FLUJO A TRAVÉS DEL

MISMO SOBRECALENTADOR. PARA TODO ELLO SE DEBEN HACER PREVISIONES

EN EL DISEÑO DEL GENERADOR Y LOS CAMBIOS DE CUALQUIER MODO SE HACEN CON LA UNIDAD FUERA DE SERVICIO.

PARA CONTROLAR LA TEMPERATURA DE VAPOR HAY VARIOS MODOS, PERO ANTES DEBE CONSIDERARSE ALGO TAMBIÉN IMPORTANTE:

INDEPENDIENTEMENTE DEL TIPO DE CONTROL, "EL SOPLADO" DE LA UNIDAD DEBERÁ HACERSE CON LA REGULARIDAD REQUERIDA PARA EVITAR CAMBIOS INNECESARIOS EN LAS CONDICIONES DE TRABAJO. LOS MÉTODOS O MEDIOS DE CONTROL SON: a) LA VARIACIÓN DEL EXCESO DE AIRE. e) LA RECIRCULACIÓN DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. f) EL USO DE QUEMADORES MÓVILES. g) LA DERIVACIÓN (BY-PASS) DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. a)

LA

SELECCIÓN

DEL

NUMERO Y POSICIÓN DE LOS QUEMADORES f)

EN

OPERACIÓN

EL

SISTEMA

ATEMPERADOR.

LOS PRIMEROS CINCO MODOS SE BASAN EN LAS VARIACIONES DE LA CANTIDAD DE CALOR ABSORBIDO POR LOS SOBRECALENTADORES, EL MODO OCHO

SE

BASA

EN

LA

REDUCCIÓN

DE

LA

TEMPERATURA

DEL

VAPOR.

FINALMENTE SE TRATARA EL TEMA DE LOS ATEMPERADORES. ESTOS SE PUEDEN CLASIFICAR DE LA SIGUIENTE MANERA: ATEMPERADORES

1.- DE SUPERFICIE c) DE CAMBIADOR DE CALOR EXTERNO, d) DE CAMBIADOR DE CALOR DE DOMO.

2.- DE CONTACTO DIRECTO. EL ATEMPERADOR DE CONTACTO DIRECTO UTILIZA UN ROCIADOR QUE MEZCLA AGUA QUÍMICAMENTE PURA CON EL VAPOR GENERADO MODIFICANDO ASI SU TEMPERATURA. EL AGUA DE ROCÍO SE CONTROLA CON UNA VÁLVULA DE TIPO ESPECIAL. CUANDO

SE

HABLA

DE

ATEMPERACIÓN

DEBE

CONSIDERARSE

QUE ESTA PUEDE HACERSE EN TRES DIFERENTES LUGARES: 1) A LA SALIDA DE DOMO DE VAPOR. 4) ENTRE EL PRIMERO Y SEGUNDO PASO DEL SOBRECALENTADOR. 5) A LA SALIDA DEL SOBRECALENTADOR. TAMBIÉN ES IMPORTANTE CONSIDERAR QUE LA PUREZA DEL AGUA INFLUYE EN EL BUEN COMPORTAMIENTO DE UN ATEMPERADOR DE CONTACTO DIRECTO. LA MÁXIMA CONCENTRACIÓN DE SOLIDOS TOLERABLE EN ESTOS CASOS ES DE 2.5 PPM. 3.7 AUXILIARES DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR.

1).-

VÁLVULAS

DE

SEGURIDAD

DE

LA

CALDERA.

ES

ABSOLUTAMENTE

NECESARIO DOTAR A LA CALDERA DE UN DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN QUE PREVENGA EL AUMENTO DE PRESIÓN MAS ALLÁ DE LA DE DISEÑO, CON LO CUAL NO SOLAMENTE SE PROTEGE

LA CALDERA SINO TODO

EL EQUIPO AL QUE ESTE ALIMENTANDO.

ESTE DISPOSITIVO NO ES OTRA COSA QUE

LA

VÁLVULA DE SEGURIDAD DE

LA CALDERA, DEPENDIENDO DE LA CAPACIDAD DE LA MISMA, ES EL NUMERO DE ESTAS QUE NECESITA. VAN COLOCADAS EN EL DOMO SUPERIOR Y EN EL SOBRECALENTADOR,

SIENDO

LA

OPERACIÓN

DE

ESTAS

ESCALONADA,

INICIÁNDOSE CON LA VÁLVULA DEL SOBRECALENTADOR, PARA GARANTIZAR QUE SIEMPRE HAYA FLUJO DE VAPOR A TRAVÉS DE LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR, EL CUAL SIRVE COMO MEDIO DE ENFRIAMIENTO DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR, EN CASO DE NO ABRIR LA VÁLVULA DE SEGURIDAD DEL DOMO O DE SER NECESARIO ABRIRÁN A CONTINUACIÓN LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD DEL DOMO EN EL ORDEN EN QUE SE ENCUENTREN CALIBRADAS.

VENTEOS DE LA CALDERA. EN LA CALDERA SE ENCUENTRAN COLOCADOS VENTEOS TANTO EN EL SOBRECALENTADOR COMO EN EL DOMO, EL VENTEO DEL SOBRECALENTADOR SE EMPLEA DURANTE EL ENCENDIDO DE UNA CALDERA PARA ASEGURAR UN FLUJO MÍNIMO DE VAPOR QUE SIRVA COMO ENFRIAMIENTO DE LOS TUBOS DEL MISMO, CERRÁNDOSE CUANDO LA CALDERA ALCANZA UNA CARGA DE UN 30 % DE SU CARGA DE OPERACIÓN NORMAL, ESTE VENTEO TAMBIÉN SE HABRÉ DURANTE EL DISPARO DE UNA CALDERA CON EL FIN ASEGURAR PASO DE VAPOR A TRAVÉS DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR

Y EVITAR

ASI

DAÑOS A LOS TUBOS

DEL MISMO Y DURANTE EL PARO DE

UNA CALDERA NOS PERMITEN DEPRESIONARLA. EN EL DOMO SE ENCUENTRAN LOCALIZADOS GENERALMENTE DOS O MAS VENTEOS, LA FUNCIÓN DE ESTOS VENTEOS ES LA DE PERMITIR DESALOJAR EL AIRE QUE SE ENCUENTRE EN EL DOMO DURANTE EL ENCENDIDO DE LA CALDERA, CERRÁNDOSE, CUANDO EN LA CALDERA SE TENGA ENTRE 5 A 9 Kg/cm2, DURANTE EL PARO DE UNA CALDERA SE EMPLEAN PARA DEPRESIONAR LA CALDERA. EN ALGUNOS SOBRECALENTADORES SE TIENEN DRENES O PURGAS LA FUNCIÓN DE ESTOS DRENES ES LA DESALOJAR EL CONDENSAD© O AIRE QUE SE ENCUENTRE ALOJADO EN LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR, DURANTE EL ENCENDIDO DE LA CALDERA, CERRÁNDOSE CUANDO A TRAVÉS DE ELLOS SALE VAPOR

SECO,

EN

ALGUNAS

CALDERAS

EL

DREN

QUE

SE

ENCUENTRA

LOCALIZADO EN EL CABEZAL DE SALIDA DEL SOBRECALENTADOR SE EMPLEA EN SUSTITUCIÓN DEL VENTEO DEL SOBRECALENTADOR PARA ASEGURAR EL PASO DE VAPOR A TRAVÉS DE LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR Y PERMITIR SU ENFRIAMIENTO, CUANDO EL DREN PERMITE EL PASO DE LA CANTIDAD SUFICIENTE DE VAPOR Y ES DE MAS FÁCIL ACCESO QUE EL VENTEO, EN ESTOS CASOS SE CIERRA EL VENTEO CUANDO LA CALDERA ALCANZA SU PRESIÓN DE OPERACIÓN, CERRÁNDOSE EL DREN, CUANDO LA CALDERA ESTA GENERANDO UN 30% DE SU CARGA NORMAL. 4.0 COMPONENTES DEL CIRCUITO AIRE-GASES. EN ESTE CAPITULO ANALIZAREMOS EL FUNCIONAMIENTO DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DEL CIRCUITO AIRE-GASES CON LA INTENCIÓN DE QUE

SE

DISPONGA

DE

UNA

IDEA

MAS

CLARA

DE

LA

FORMA

EN

QUE

INTERVIENEN CADA UNO DE ESTOS, EN LA OPERACIÓN DEL CIRCUITO AIREGASES. 4.1 T I R O S . PARA MANTENER LA COMBUSTIÓN ES INDISPENSABLE SUMINISTRAR AIRE Y SACAR LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN. EL FLUJO DE LOS ' GASES ES ORIGINADO POR LA DIFERENCIA DE PRESIÓN ENTRE EL HOGAR Y EL PUNTO DE ESCAPE DE LOS GASES DE LA CALDERA, O SEA EL TIRO; ESTE SE PUEDE CONSEGUIR POR MEDIOS NATURALES O MECÁNICOS. EN EL PRIMER CASO EL FLUJO DE AIRE SE LLEVA A CABO, PORQUE EL PESO DEL AIRE CALIENTE ALOJADO EN LA CHIMENEA, ES MENOR QUE EL QUE ENTRA A EL HOGAR, PRODUCIÉNDOSE POR ESTO EL TIRO, LLAMADO NATURAL, PORQUE NO INTERVIENE NINGÚN MEDIO MECÁNICO PARA TAL FIN. ESTE TIPO DE TIRO SE EMPLEA GENERALMENTE EN CALDERAS DE MUY BAJA CAPACIDAD. EN

UNIDADES

INDUSTRIALES,

COMO

EN

NUESTRO

CASO

EN

PARTICULAR, KL TIRO SE HACE POR MEDIO MECÁNICOS, O SEAN LOS VENTILADORES, CON LOS CUALES SE ESTABLECE EL FLUJO DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN Y GASES, PRODUCTO DE LA MISMA. EXISTEN DOS CLASES DE TIRO MECÁNICO;

EL TIRO FORZADO Y EL

TIRO INDUCIDO. 4.1.1 TIRO FORZADO. EL

TRABAJO

REDUCE LA

DEL

TIRO

A SUMINISTRAR

COMBUSTIÓN,

SIENDO

FORZAD

EL

AIRE

BÁSICAMENTE NECESARIO

SE PARA

LA PRESIÓN DE ESTE POSITIVA,

TERMINANDO EN LA CAJA DE AIRE. EN SU RECORRIDO A ESTA, EL

AIRE

DESCARGADO

POR

PRECALENTADOR DE

EL

VENTILADOR

AIRE DE

LA

ES

PASADO

POR

EL

UNIDAD GENERADORA CON EL

FIN DE CAMBIAR CALOR CON LOS GASES CALIENTES PRODUCTO DE LA

COMBUSTIÓN,

LLEGANDO

DE

ESTA

PRECALENTAMIENTO A LOS QUEMADORES. ADEMAS DEL PRECALENTADOR ANTES PRECALENTADORES UNA

SERIE DE

POR LOS VAPOR

CON TUBOS

QUE SE PASA

DE

ESCAPE,

Y

EN FORMA DE

EXTERIOR

EVITAR QUE BAJE LA TEMPERATURA

Y

DE ROCÍO,

PRECALENTADOR.

4.1.2 TIRO INDUCIDO.

COSA QUE

EL

CORRIENTE DE AIRE

DE

LA

ANTERIOR, ES LA DE DE LOS

OCASIONANDO CON

LA CONSIGUIENTE

UNOS

HORQUILLA Y ALETADOS,

INTERIORMENTE UNA EL

UN

EN DICHAS UNIDADES,

VAPOR QUE NO SON OTRA

POR

CON

MENCIONADO POSEE,

COMBUSTIÓN. LA FINALIDAD DE LO

A LA

MANERA

CORROSIÓN

GASES DE ESCAPE

ELLO,

CONDENSACIÓN.

DE

LOS TUBOS DEL

EL TRABAJO DEL TIRO INDUCIDO, ES LA DE SACAR LOS GASES, PRODUCTO DE LA COMBUSTIÓN, Y HACERLOS PASAR A TRAVÉS DE TODA LA CALDERA, PARA QUE EL CICLO DE LA TRASMISIÓN DE CALOR SE CUMPLA, EN ESTE CASO, LA PRESIÓN DENTRO DEL HOGAR, ES NEGATIVA. EL VENTILADOR DEL TIRO INDUCIDO ESTA EXPUESTO A ELEVADAS TEMPERATURAS Y LOS DAROS QUE LE PUEDEN CAUSAR EL HOLLÍN, ESTE ES DE MAYOR TAMAÑO QUE EL TIRO FORZADO, PUESTO OUE ADEMAS DE SACAR EL AIRE INTRODUCIDO POR EL FORZADO, HACE LO MISMO CON LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN, QUE CON EL CALOR HAN AUMENTADO DE VOLUMEN. ESTE DISEÑO DE CALDERAS QUE USA LOS DOS TIPOS DE TIROS SE LLAMA DE TIRO BALANCEADO. SE LLAMAN CALDERAS DE HOGAR A PRESIÓN, AQUELLAS EN QUE TODO EL TRABAJO PARA EL SUMINISTRO DE AIRE DE LA COMBUSTIÓN Y SU ESCAPE LO HACE EL VENTILADOR DEL TIRO FORZADO, EN ESTE CASO, SE PRESTA HUCHA ATENCIÓN EN EL DISEÑO DEL HOGAR, LA CALDERA DEBERÁ MANTENERSE

HERMÉTICA

CON

RESPECTO

AL

EXTERIOR,

YA

QUE,

LAS

PRESIONES DENTRO DE ESTA (HOGAR, PASOS DE GASES) SON LIGERAMENTE MAYORES QUE LA ATMOSFÉRICA. HAY UN TIPO ESPECIAL DE CALDERAS QUE OCUPAN AMBOS TIROS, ES DECIR EL TIRO FORZADO Y EL TIRO INDUCIDO, A ESTE TIPO DE CALDERAS

SE

LES

CONOCE

COMO

CALDERAS

DE

TIRO

BALANCEADO

O

EQUILIBRADO, EN ESTE TIPO DE CALDERAS LA PRESIÓN QUE SE DEBE MANTENER EN EL HOGAR ES CERO O LIGERAMENTE ABAJO DE CERO. SE LLAMAN CALDERAS DE HOGAR A PRESIÓN, AQUELLAS EN QUE TODO EL TRABAJO PARA EL SUMINISTRO DE AIRE DE LA COMBUSTIÓN Y SU

ESCAPE LO HACE EL VENTILADOR DEL TIRO FORZADO, EN ESTE CASO SE PRESTA MUCHA ATENCIÓN EN EL DISEÑO DEL HOGAR, COMO EN CAPÍTULOS ANTERIORES SE VIO, ÚNICAMENTE AGREGAREMOS QUE LA CALDERA DEBERÁ MANTENERSE

HERMÉTICA

CON

RESPECTO

AL

EXTERIOR,

YA

QUE,

LAS

PRESIONES DENTRO DE ESTA (HOGAR, PASOS DE GASES) SON LIGERAMENTE MAYORES QUE LA ATMOSFÉRICA. 4.2 SERVOMOTORES Y COMPUERTAS DE LOS VENTILADORES. LAS COMPUERTAS EN UN VENTILADOR SE EMPLEAN TANTO EN LA SUCCIÓN COMO EN LA DESCARGA Y NOS PERMITEN REGULAR EL FLUJO DE AIRE DE COMBUSTIÓN QUE DESCARGAN LOS VENTILADORES, REGULANDO SU ABERTURA EN FUNCIÓN DEL FLUJO DE AIRE QUE SE DESEA MANEJAR, PARA ACTUAR ESTAS COMPUERTAS SE DISPONE CON UN EQUIPO QUE SE CONOCE COMO SERVOMOTOR, SE DISPONE DE UN SERVOMOTOR TANTO EN LA SUCCIÓN COMO EN LA DESCARGA, ESTOS EQUIPOS SE PUEDEN OPERAR MANUALMENTE EN CAMPO, O BIEN EN FORMA AUTOMÁTICA DESDE TABLERO.

4.3 DOCTOS DE AIRE Y GASES. ESTOS DUCTOS O CANALES SE EMPLEAN PARA TRANSPORTAR EL AIRE DE COMBUSTIÓN HACIA LA CAJA DE AIRE PASANDO ANTES POR LOS CALENTANDORES DE AIRE; SE TIENE TAMBIÉN UN DOCTO O CANAL PARA DIRIGIR

LOS

GASES

DE

COMBUSTIÓN QUE

SE LIBERAN

EN

EL

HOGAR

A CONSECUENCIA DE LA COMBUSTIÓN HACIA SU SALIDA DE LA CALDERA A TRAVÉS DE LA CHIMENEA, OBLIGÁNDOLOS A PASAR ANTES DE SALIR A TRAVÉS DEL PRECALENTADOR DE AIRE LJUNGSTROM, SI LA CALDERA DISPONE DE ESTE TIPO DE CALENTADOR.

4.4 PRECALENTADORES DE AIRE. PARA APROVECHAR LA MAYOR CANTIDAD DE CALOR DE LOS GASES DE LA COMBUSTIÓN, SE ACOSTUMBRA INSTALAR EQUIPO DE RECUPERACIÓN, EN DONDE QUIERA QUE LOS AHORROS EN LA OPERACIÓN DE LA CALDERA PROMETEN LA JUSTIFICACIÓN DE LOS COSTOS DE SU INSTALACIÓN. EN ESTE EQUIPO

QUE

FORMA

PARTE

DEL

TOTAL

DEL

SISTEMA

DE

UNA

UNIDAD

GENERADORA DE VAPOR, SE UTILIZAN LOS GASES DE LA COMBUSTIÓN Y FUNCIONA COMO UN CALENTADOR DE AIRE, CUANDO SE CALIENTA EL AIRE PARA COMBUSTIÓN. EL PRECALENTADOR DE AIRE ES UN APARATO DE INTERCAMBIO DE CALOR, A TRAVÉS DEL CUAL SE PASA EL AIRE QUE ES CALENTADO POR MEDIOS CUYA TEMPERATURA ES MAYOR, TALES COMO LOS PRODUCTOS QUE PROCEDEN DE LA COMBUSTIÓN O POR MEDIO DE VAPOR. SE LE UTILIZA PARA LA RECUPERACIÓN DE CALOR DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN GENERADOR DE VAPOR. ESTE CALOR RECUPERADO SE AGREGA AL AIRE REQUERIDO PARA LA COMBUSTIÓN Y AUMENTAR ASI SU EFICIENCIA. EL PRECALENTADOR DE AIRE SE COMPONE PRINCIPALMENTE, DE UNA SUPERFICIE DE INTERCAMBIO DE CALOR INSTALADA EN EL SENTIDO DE LOS PASOS DE LOS GASES DE ESCAPE DE LA CALDERA. ENTRE ESTA Y LA CHIMENEA. EL AIRE PARA LA COMBUSTIÓN ES CALENTADO POR LOS GASES AL PASAR POR LA ZONA PREVIAMENTE CALENTADA POR LOS GASES CALIENTES ABSORBIENDO EL CALOR EN ESTA ZONA Y ELEVANDO SU TEMPERATURA.

EL

PRECALENTADOR DE

AIRE

HAS

UTILIZADO ACTUALMENTE EN

LAS CALDERAS ES EL PRECALENTADOR TIPO REGENERATIVO O JLUNGSTROM, EL CUAL CONSISTE BÁSICAMENTE EN UN TAMBOR QUE GIRA CONSTANTEMENTE FORMADO POR VARIAS: SECCIONES O CANASTAS, LAS CUALES. SE COLOCAN ALTERNATIVAMENTE

EN

EL

DUCTO

DE

GASES

CALIENTES,

PARA

SER

CALENTADAS Y AL GIRAR SE COLOCAN EN EL DUCTO DE PASO DE AIRE FRIÓ EL

CUAL

AL ENTRAR

EN

CONTACTO

CON

LAS

CANASTAS;

PREVIAMENTE

CALENTADAS POR LOS GASES SE ELEVA SU TEMPERATURA ESTE PROCESO SE REPITE CONTINUAMENTE AL ESTAR OPERANDO EL PRECALENTADOR.

4.4.1

PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR.

OTRO TIPO DE CALENTADOR DE AIRE QUE SE EMPLEA ES EL PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR, EL CUAL CONSISTE BÁSICAMENTE EN UNA

SERIE

DE

TUBOS

ALETADOS POR CUYO INTERIOR SE

HACE

CIRCULAR VAPOR DE BAJA PRESIÓN EL CUAL SE EMPLEA COMO MEDIO DE CALENTAMIENTO.

EL AIRE

CIRCULA

POR

EL EXTERIOR

DE

LOS

TUBOS

CALENTÁNDOSE AL ENTRAR EN CONTACTO CON LA SUPERFICIE CALIENTE DE LOS TUBOS, ESTE CALENTADOR SE COLOCA ANTES DE ENTRAR EL AIRE AL PRECALENTADOR JLUNGSTROM Y TIENE COMO FUNCIÓN LA DE CONTROLAR LA TEMPERATURA DE LOS GASES QUE SE DESCARGAN A TRAVÉS DE LA CHIMENEA POR ARRIBA DEL PUNTO DE ROCÍO DEL ACIDO SULFÚRICO, PARA EVITAR QUE ESTE

SE

FORME

Y

CONDENSE

SOBRE

LA

SUPERFICIE,

METÁLICAS

DEL

PRECALENTADOR DE AIRE JLUNGSTROM PUDIENDO LLEGAR A CORROERLAS Y EN CONSECUENCIA DESTRUIRLAS.

4.5

CAJA DE AIRE. DESPUÉS DE ATRAVESAR POR EL PRECALENTADOR DE AIRE, EL

AIRE PRECALENTADO PASA A TRAVÉS DE UN DUCTO QUE LO CONDUCE A LA CAJA DE AIRE. LA CAJA DE AIRE TIENE LA FUNCIÓN DE SERVIR COMO UN RECIPIENTE PARA ALMACENAR AIRE, EL CUAL POSTERIORMENTE SE REPARTE A CADA QUEMADOR QUE CONFORMA LA CALDERA A UNA PRESIÓN HOMOGÉNEA A CADA UNO DE ELLOS, LO CUAL PERMITE TENER UN CONTROL DEL FLUJO DE AIRE DE COMBUSTIÓN A CADA QUEMADOR Y OBTENER EN ESTA FORMA UNA FLAMA ESTABLE EN CADA UNO DE ELLOS.

4.6 HOGAR. ES EL LUGAR DE LA CALDERA, DONDE SE LLEVA A CABO LA COMBUSTIÓN DEL COMBUSTIBLE, EL CUAL AL QUEMARSE LIBERA LA ENERGÍA CONTENIDA EN EL, EN FORMA DE CALOR, PARA TRANSMITIRLA A TODAS LAS SUPERFICIES EXPUESTAS A EL. PARA QUE EXISTA TRASMISIÓN DE CALOR ES NECESARIO TENER UNA

DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE LOS MEDIOS QUE LA VAN A

PRODUCIR YA SEA DE UN CUERPO A OTRO DE UNA SUBSTANCIA A OTRA. ESTA PUEDE SER DE TRES FORMAS DIFERENTES, ENUMERADAS A CONTINUACIÓN: 1). RADIACIÓN. 2). CONDUCCIÓN. 3). CONVECCIÓN,

1). EL PRIMER CASO ES EL QUE SE PRESENTA EN EL HOGAR DE LA CALDERA, EN EL QUE TODOS LOS TUBOS QUE LO FORMAN ESTÁN EXPUESTOS A LA FLAMAS, RECIBIENDO TODO EL CALOR, POR RADIACIÓN. 2). LA TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN, ES LA QUE SE PRESENTA AL TENER DOS CUERPOS EN CONTACTO O EN NUESTRO CASO EN PARTICULAR, EL CALOR QUE RECIBE EL TUBO Y LO TRANSMITE A TRAVÉS DE LA PARED DEL MISMO AL AGUA QUE CIRCULA DENTRO DE ESTE PARA CALENTARLA Y EVAPORARLA, POSTERIORMENTE. 3). POR CONVECCIÓN SE ENTIENDE EL CALOR QUE RECIBE DIRECTAMENTE DE LOS GASES PRODUCTO DE LA COMBUSTIÓN QUE EN SU RECORRIDO HACIA LA CHIMENEA TRASMITEN SU CALOR, ENTENDIÉNDOSE POR ZONA DE CONVECCIÓN AQUELLA QUE NO ESTA EXPUESTA A RADIACIÓN DIRECTA, EN NUESTRO CASO SERA LA FORMADA POR LOS PASOS DE GASES DE LA CALDERA, APROVECHANDO LA CIRCULACIÓN DE ESTA EN LA CALDERA. EN UN GENERADOR DE VAPOR SE TIENEN PRESENTES ESTAS TRES FORMAS DE TRASMISIÓN DE CALOR COMO ANTERIORMENTE SE EXPLICÓ. LAS PAREDES DEL HOGAR PUEDEN SER DE REFRACTARIO MACIZO, REFRACTARIO COLGANTE Y DE CAMISA DE AGUA. LAS PAREDES DE REFRACTARIO MACIZO SE EMPLEAN EN CALDERAS DE POCA PRODUCCIÓN DE VAPOR; ESTAS PAREDES TIENEN UN LIMITE DE TRABAJO MÁXIMO, QUE ES DETERMINADO POR LA DEFORMACIÓN DEL LADRILLO REFRACTARIO- LA DEFORMACIÓN ES CAUSADA POR EL PESO Y LA TEMPERATURA. LAS PAREDES DE REFRACTARIO COLGANTE DESCANSAN SOBRE ARMAZONES DE HIERRO; LA

LA ESTRUCTURA ES REFRIGERADA POR AIRE QUE PASA

ENVOLVENTE METÁLICA Y LA PARED DE LADRILLO; EL AIRE

ENTRE

DESPUÉS

DE

EMPLEARSE PARA REFRIGERAN, SE UTILIZA PARA LA. COMBUSTIÓN POR

HABER OBTENIDO CALOR. POR ULTIMO, TENEMOS LAS PAREDES DE CAMISAS DE AGUA, QUE CONSISTEN EN UNA HILERA CONTINUA DE TUBOS, UNIDOS A LA PARED DE LADRILLO REFRACTARIO; POR EL INTERIOR DE LOS TUBOS CIRCULA EL AGUA DE LA CALDERA, ESTOS TUBOS FORMAN PARTE DE LOS TUBOS ASCENDENTES O EBULLIDORES DE LA CALDERA. EL PROCESO DE LA COMBUSTIÓN.

5.0. FUNDAMENTOS. LA FUENTE BÁSICA DE ENERGÍA EN LAS OPERACIONES DE CUALQUIER REFINERÍA

ES

LA

ENERGÍA

QUÍMICA

CONTENIDA

EN

LOS

COMBUSTIBLES, LA CUAL ES LIBERADA EN FORMA DE CALOR DURANTE LA COMBUSTIÓN DE DICHOS COMBUSTIBLES. LA COMBUSTIÓN ES UNA RÁPIDA REACCIÓN QUÍMICA EN LA CUAL EL COMBUSTIBLE SE COMBINA CON EL OXIGENO Y SE LIBERA GRAN CANTIDAD DE GASES CALIENTES,

CALOR Y LUZ.

LA MAYORÍA DE LOS COMBUSTIBLES ESTÁN COMPUESTOS DE DOS DIFERENTES

TIPOS

DE

ÁTOMOS:

ÁTOMOS

DE

CARBONO

Y

ÁTOMOS

DE

HIDROGENO, LOS CUALES ESTÁN UNIDOS FUERTEMENTE FORMANDO MOLÉCULAS DE HIDROCARBUROS. POR EJEMPLO, EL METANO, CUYA FORMULA QUÍMICA ES CH4, ESTA FORMADO POR UN ÁTOMO DE CARBONO (C) Y CUATRO ÁTOMOS DE HIDROGENO (H4). LA FORMULA QUÍMICA DE UNA SUBSTANCIA NOS DICE CUANTOS ÁTOMOS DE CADA ELEMENTO ESTÁN COMBINADOS PARA FORMAR UNA MOLÉCULA DE ESA SUBSTANCIA.

ASI POR EJEMPLO, C2H6, QUE ES LA FORMULA QUÍMICA DEL ETANO NOS DICE QUE SU MOLÉCULA ESTA FORMADA POR DOS ÁTOMOS DE CARBONO Y SEIS DE HIDROGENO.

5.1 REACCIONES BÁSICAS DE LA COMBUSTIÓN. LA

COMPLETA

Y

PERFECTA

COMBUSTIÓN DE

UN

HIDROCARBURO

PRODUCE DOS PRODUCTOS: BIÓXIDO DE CARBONO (C02) Y AGUA (H20); PARA QUE

LA

COMBUSTIÓN

SEA

PERFECTA

SE

REQUIERE

UNA

CANTIDAD PRECISA DE OXÍGENO. EN LA COMBUSTIÓN DEL CARBONO PURO, EL OXIGENO REACCIONA CON EL FORMANDO BIÓXIDO DE CARBONO (C02) EN RELACIÓN DE 1 DE CARBÓN POR 2 DE OXIGENO:

c

+

o2 ------> CARBONO

CO2 OXIGENO

BIÓXIDO DE CARBONO

EN LA COMBUSTIÓN DEL HIDROGENO PURO EL OXIGENO REACCIONA CON EL FORMANDO AGUA (H20) EN RELACIÓN DE 2 DE HIDROGENO POR 1 DE OXIGENO:

H2

+

HIDROGENO

1/2 02 ------ —> H20 OXIGENO

AGUA

LOS HIDROCARBUROS SON COMBINACIONES

DEL

HIDROGENO Y DEL

CARBONO; ASI, PARA SU COMPLETA Y PERFECTA COMBUSTIÓN REQUIEREN DE UNA CANTIDAD ADECUADA DE OXIGENO PARA QUE TODO EL CARBONO SE

TRANSFORME A C02 Y TODO EL HIDROGENO A H20. POR EJEMPLO, LA COMBUSTIÓN DEL ETANO: CH4

+

202

METANO

-> OXIGENO

C02

+

BIÓXIDO DE

2H20 AGUA

CARBONO 5.2 REACCIONES BÁSICAS DE LA COMBUSTIÓN. SE CONOCE COMO PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN A AQUELLAS SUSTANCIAS QUE SE OBTIENEN COMO RESULTADO DE LA COMBUSTIÓN. LOS PRODUCTOS DE UNA COMBUSTIÓN SON TRES PRINCIPALMENTE: 4. EL CALOR QUE SE LIBERA. 5. LA FLAMA O LUZ. 6. LOS GASES PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN.

LOS GASES DE COMBUSTIÓN QUE SE LIBERAN O SE OBTIENEN COMO RESULTADO DE UNA COMBUSTIÓN SON PRINCIPALMENTE: BIÓXIDO DE CARBONO (C02), VAPOR DE AGUA (H20), MONOXIDO DE CARBONO (CO), ÓXIDOS DE AZUFRE Y ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOx). LA PRESENCIA DE CADA UNO DE ESTOS GASES EN LOS GASES DE COMBUSTIÓN DEPENDE DE LA EFICIENCIA DE LA

COMBUSTIÓN,

DEL

TIPO

DE

COMBUSTIBLE

USADO

Y

DEL

TIPO

DE

CONTAMINANTES QUE CONTENGA EL COMBUSTIBLE.

5.3 OXIGENO O AIRE TEÓRICO. SE CONOCE COMO OXIGENO O AIRE TEÓRICO A LA CANTIDAD EXACTA QUE SE DEBE TENER DE OXIGENO O AIRE PARA QUE TODO EL COMBUSTIBLE SE QUEME DURANTE LA COMBUSTIÓN.

5.4 EXCESO DE OXIGENO O AIRE. SE CONOCE COMO EXCESO DE AIRE O DE OXIGENO A AQUELLA CANTIDAD

DE OXIGENO

O

AIRE

QUE

SE

ENCUENTRA

POR

ARRIBA

DE LA CANTIDAD DE AIRE O OXIGENO TEÓRICO. LA FINALIDAD DE AGREGAR UNA MAYOR CANTIDAD DE AIRE O OXIGENO DEL NECESARIO PARA QUEMAR EL COMBUSTIBLE ES CON LA FINALIDAD DE ASEGURAR QUE EL COMBUSTIBLE SE QUEME COMPLETAMENTE Y EN FORMA EFICIENTE, ES DECIR SE ASEGURE SE PRODUZCA UNA COMBUSTIÓN LO MAS COMPLETA POSIBLE.

5.5 COMBUSTIBLE. ALGUNAS SUBSTANCIAS SE QUEMAN MAS FÁCILMENTE QUE OTRAS LO CUAL DEPENDE DE SU NATURALEZA, PERO TODAS NECESITAN DE CIERTA CANTIDAD DE CALOR PARA MANTENER O INICIAR SU COMBUSTIÓN. EN GENERAL DEPENDE DE QUE TAN FÁCIL LA SUBSTANCIA SE CONVIERTE EN GAS ANTES DE ARDER, UNA SUBSTANCIA COMBUSTIBLE ES AQUELLA QUE RELATIVAMENTE REQUIERE CONVERTIRSE

EN

GAS

DE

POCO

CALOR

PARA

Y ENCENDERSE MANTENIENDO POR SI SOLA LA

COMBUSTIÓN. SE CONOCEN TRES TIPOS DE COMBUSTIBLES QUE SON: 4. COMBUSTIBLES SOLIDOS. 5. COMBUSTIBLES LÍQUIDOS. 6. COMBUSTIBLES GASEOSOS.

5.6 COMBUSTIÓN DE GASES. YA QUE LOS COMBUSTIBLES ARDEN EN FORMA GASEOSA ES NECESARIO MANTENER

UNA

COMBUSTIÓN.

RELACIÓN

GAS/AIRE

ADECUADA

PARA

MANTENER

LA

LOS COMBUSTIBLES INDUSTRIALES CONTIENEN CARBÓN DE HIDROGENO, VAN DESDE EL METANO (CH4) HASTA LOS RESIDUALES CON CADENAS DE 30 O MAS CARBONES. CADA MOLÉCULA DE CARBÓN O DE HIDROGENO REQUIERE DE UNA CANTIDAD FIJA DE OXIGENO, ESTA ES EXPRESADA EN PESO Y ES UN PARAMETRO LLAMADO

AIRE

TEÓRICO

Y

SE

PUEDE

CALCULAR

DEL

ANÁLISIS

DEL

COMBUSTIBLE.

5.7. TEMPERATURA DE IGNICIÓN. UNA VEZ LOGRADA LA RELACIÓN ADECUADA GAS/AIRE, SE REQUIERE DE UN TERCER ELEMENTO PARA CERRAR LO QUE SE LLAMA EL TRIANGULO DEL FUEGO, NECESITAMOS CALOR. LA CANTIDAD DE CALOR MÍNIMA NECESARIA PARA CALENTAR LA MEZCLA GAS/AIRE HASTA UN PUNTO EN QUE LA COMBUSTIÓN SE MANTIENE Y YA NO REQUIERE DE CALOR EXTERNO ES OTRO PARÁMETRO DENOMINAD: TEMPERATURA DE

IGNICIÓN.

EN RESUMEN,

PARA

QUE

UN COMBUSTIBLE

SE

LLEGUE

A QUEMA=

ES NECESARIO CUMPLIR CON LOS SIGUIENTES REQUISITOS: a). QUE SE ENCUENTRE EN ESTADO DE VAPOR.

b). QUE SE ENCUENTRE MEZCLADO ADECUADAMENTE CON EL AIRE (OXIGENO). c). QUE ALCANCE SU TEMPERATURA DE IGNICIÓN.

5.8 COMBUSTIÓN COMPLETA. SE

DICE

QUE

LA

COMBUSTIÓN

ES

COMPLETA,

CUANDO

LOS

PRODUCTOS

GASEOSOS DE LA COMBUSTIÓN SON ÚNICAMENTE, BIÓXIDO DE CARBONO (C02) Y VAPOR DE AGUA. ES IMPORTANTE QUE UNA COMBUSTIÓN SEA COMPLETA YA QUE DE ESTA FORMA SE LIBERA LA MAYOR CANTIDAD DE CALOR POSIBLE APROVECHÁNDOSE A LO MÁXIMO EL COMBUSTIBLE.

5.9 COMBUSTIÓN INCOMPLETA. UNA COMBUSTIÓN ES INCOMPLETA CUANDO COMO RESULTADO DE LA COMBUSTIÓN, SE LIBERAN ADEMAS DE BIÓXIDO DE CARBONO (C02) Y VAPOR DE AGUA, MONOXIDO DE CARBONO (CO) ENTRE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. LA FORMACIÓN DE MONOXIDO DE CAR80N0 (CO) OCASIONA PERDIDAS DE CALOR Y REDUCE LA EFICIENCIA DE LA COMBUSTIÓN. SE PUEDE OBSERVAR QUE UNA COMBUSTIÓN ES INCOMPLETA CUANDO A LA SALIDA DE LA CHIMENEA SE

OBSERVA

HUMO

NEGRO,

LA

PRESENCIA

DE

HUMO

BLANCO

INDICA

DEMASIADO EXCESO DE AIRE LO CUAL OCASIONA PERDIDAS DE CALOR POR ARRASTRE DEL AIRE EN EXCESO.

5.10 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIÓN. LA EFICIENCIA CON QUE SE LLEVA A CABO LA COMBUSTIÓN SE PUEDE DETERMINAR EMPLEANDO 3 MÉTODOS: 1). LA COLORACIÓN DE LOS GASES. 2). LA COLORACIÓN Y FORMA DE LA FLAMA. 3). EL ANÁLISIS DE COMPOSICIÓN DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. EN UNA REFINERÍA NO INTERESA LA COMBUSTIÓN PERFECTA, ESTA ES ÚNICAMENTE POSIBLE EN LABORATORIO.

SIN

EMBARGO,

ESTAMOS

INTERESADOS

EN

LA

COMBUSTIÓN

MAS

EFICIENTE DEL COMBUSTIBLE. LA COMBUSTIÓN MAS EFICIENTE ES COMPLETA CON 15 A 20 % DE EXCESO DE AIRE. ESTA CANTIDAD DE AIRE ES SUFICIENTE PARA ASEGURAR QUE TODO EL CARBONO SE QUEMARA PARA FORMAR BIÓXIDO DE CARBONO SIN GASTAR COMBUSTIBLE EN CALENTAR UNA CANTIDAD GRANDE DE AIRE EN EXCESO,

SE REQUIEREN TRES FACTORES PARA TENER UNA EFICIENCIA MÁXIMA EN UNA CALDERA: 1.- EL COMBUSTIBLE DEBE ESTAR PREPARADO PARA LA COMBUSTIÓN;

SI ES

LÍQUIDO, SE DEBE CONVERTIR EN VAPOR.

2.-

EL COMBUSTIBLE Y EL AIRE DEBEN JUNTARSE EN LA PROPORCIÓN

ADECUADA, EN EL MOMENTO DEBIDO Y A LA TEMPERATURA DE IGNICIÓN Y COMBUSTIÓN. 3.LOS MISMO

EL CALOR DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN SE DEBE TRANSFERIR A TUBOS

DEL

TIEMPO,

CALENTADOR DEBE

EN

RETENERSE

LA UNA

ZONA

DE

CANTIDAD

RADIACIÓN. SUFICIENTE

AL DE

CALOR EN LA ZONA DE CONVECCIÓN. 5.11 LÍMITES Y RANGOS DE EXPLOSIVIDAD. SE HA VISTO QUE PARA OUE SE LLEVE A CABO UNA COMBUSTIÓN SON ESENCIALES TRES COSAS: COMBUSTIBLE, OXIGENO Y UNA FUENTE DE IGNICIÓN.

SIN

EMBARGO,

EXISTE

UN

FACTOR

MUY

IMPORTANTE

EN

LA

COMBUSTIÓN DE UN COMBUSTIBLE, Y ES LA RELACIÓN DE COMBUSTIBLE A OXIGENO (AIRE). CUANDO

UN

COMBUSTIBLE

CONCENTRACIONES

HAY

SUFICIENTE

ESTA OXIGENO

PRESENTE

EN

PERO

SUFICIENTE

NO

BAJAS

COMBUSTIBLE; SI ESTA PRESENTE LA FUENTE DE IGNICIÓN» DICHA MEZCLA NO ARDERÁ Y SE DICE QUE ES UNA MEZCLA POBRE QUE ESTA POR ABAJO DE SU LIMITE INFERIOR DE INFLAMABILIDAD O EXPLOSIVIDAD. POR OTRO LADO, SI EL COMBUSTIBLE ESTA MUY CONCENTRADO EN LA MEZCLA COMBUSTIBLE-OXIGENO, SE DICE QUE ES UNA MEZCLA MUY RICA QUE ESTA POR ARRIBA DE SU LIMITE SUPERIOR DE INFLAMABILIDAD Y TAMPOCO ARDERÁ ESTANDO PRESENTE LA FUENTE DE IGNICIÓN. CUALQUIER COMBUSTIBLE GASEOSO TIENE UN RANGO DE INFLAMABILIDAD O EXPLOSIVIDAD, ESTO QUIERE DECIR QUE TIENE UN LIMITE INFERIOR Y UNO SUPERIOR, FUERA DE LOS CUALES UNA MEZCLA COMBUSTIBLE-OXIGENO ES INCAPAZ DE ARDER. PARA DETERMINAR LA EXPLOSIVIDAD DE UNA ATMOSFERA SE UTILIZA EL EXPLOSIMETRO. ESTOS EXPLOSIMETROS DAN EL PORCENTAJE DEL LIMITE INFERIOR DE EXPLOSIVIDAD, O SEA, SI SE TIENE 5.3 % O MAS DE METANO EN UNA ATMOSFERA EL APARATO INDICARA 100%, SI FUERA 2.6% EL APARATO INDICARA 50% UNA LECTURA DE 100% INDICA QUE EL PELIGRO DE UNA EXPLOSIÓN

ES

IGUAL

O

MAYOR

QUE

EN

EL

LIMITE

INFERIOR

DE

EXPLOSIVIDAD. UNA LECTURA DE 50% INDICA QUE HAY 50% DEL COMBUSTIBLE NECESARIO PARA ESTAR EN EL LIMITE INFERIOR DE EXPLOSIVIDAD, Y ASI SUCESIVAMENTE.

6.0 QUEMADORES. LOS QUEMADORES SON LOS MEDIOS PARA MEZCLAR Y CONVERTIR EL ACEITE, GAS, VAPOR Y AIRE EN CALOR DE COMBUSTIÓN. LOS QUEMADORES SE PUEDEN CLASIFICAR SEGÚN EL TIPO DE COMBUSTIBLE QUE MANEJEN COMO:

a). QUEMADORES DE ACEITE. b). QUEMADORES DE GAS. c).

QUEMADORES DE COMBINACIÓN ACEITE-GAS.

a).- QUEMADORES DE ACEITE LOS

QUEMADORES

DE

ACEITE

VAPORIZAN

O

ATOMIZAN

EL

COMBUSTIBLE Y LO MEZCLAN INTIMAMENTE CON EL AIRE SUMINISTRADO PARA LA COMBUSTIÓN. CUANDO SE CUMPLEN ESTAS DOS CONDICIONES SE CONSIGUE OBTENER UNA COMBUSTIÓN COMPLETA CON UN EXCESO DE AIRE MÍNIMO. LOS

QUEMADORES

DE

ACEITE

SE

CLASIFICAN

A

SU

VEZ

DE

ACUERDO AL MÉTODO USADO PARA PREPARAR AL COMBUSTIBLE PARA LA COMBUSTIÓN, DE LA SIGUIENTE FORMA:

-QUEMADORES CON LA VAPORIZACIÓN O GASIFICACIÓN CALENTAMIENTO DEL QUEMADOR.

DEL ACEITE POR

-

QUEMADOR

ESPACIO

CON

LA

ATOMIZACIÓN

DEL

ACEITE

EN

EL

DE COMBUSTIÓN.

LOS QUEMADORES CON VAPORIZACIÓN INTERNA ESTÁN LIMITADOS EN EL RANGO DE COMBUSTIBLES QUE PUEDEN MANEJARSE CON FACILIDAD, Y EN CONSECUENCIA TIENEN POCO USO EN LAS PLANTAS DE POTENCIA. LOS QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN SON CLASIFICADOS DE ACUERDO AL MÉTODO USADO PARA LLEVAR A CABO LA ATOMIZACIÓN, ESTO ES: 1). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR AIRE. 2). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR VAPOR. 3). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN MECÁNICA.

LOS QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN O VAPORIZACIÓN POR AIRE O VAPOR PUEDEN

SUBDIVIDIRSE

EN

DOS

GRUPOS

GENERALES,

EL

"MEZCLADO

EXTERIOR" Y EL "MEZCLADO INTERIOR" DE ACUERDO DE COMO EL ACEITE Y EL VAPOR, SE MEZCLAN AFUERA O EN EL INTERIOR DE LA BOQUILLA. EL MEZCLADO INTERNO O PREMEZCLADO DE ACEITE Y VAPOR O AIRE, MEZCLA DENTRO DEL CUERPO O BOQUILLA DEL QUEMADOR ANTES DE ATOMIZARSE EN EL HORNO. EL MEZCLADO EXTERNO, DONDE EL ACEITE EMERGE DESDE EL QUEMADOR ES INTERCEPTADO POR UNA CORRIENTE DE VAPOR O AIRE.

1). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR AIRE. EL USO DE QUEMADORES EN EL CUAL SE EMPLEA AIRE PARA ATOMIZAR

EL COMBUSTIBLE,

SE

HAN

IDO

INCREMENTANDO. EL AIRE ES

SUMINISTRADO POR VENTILADORES CENTRÍFUGOS, A LOS CUALES SE LES CONOCE COMO AIRES PRIMARIOS, Y AL AIRE DE ATOMIZACIÓN COMO AIRE

PRIMARIO,

CUANDO

ATOMIZADOR;

PARA

EL

AIRE

ACEITES

ES

UTILIZADO

LIGEROS,

LA

COMO

PRESIÓN

MEDIO

DEBERÁ

SER

APROXIMADAMENTE DE 10 PSI Y PARA PESADO DE 20 PSI. 2). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR VAPOR. LOS QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR VAPOR POSEE LA HABILIDAD DE QUEMAR CUALQUIER ACEITE COMBUSTIBLE, DE CUALQUIER VISCOCIDAD, POR LO MENOS A CUALQUIER TEMPERATURA. EL CONSUMO DE VAPOR VA DESDE 1% A

5% DEL VAPOR

DEL 2%.

PRODUCIDO,

CON

UN PROMEDIO APROXIMADO

LA PRESIÓN REQUERIDA VARIA DESDE ALREDEDOR DE 75 A 150

PSI.

b). QUEMADORES DE GAS. 1). QUEMADORES DE GAS NATURAL. LOS QUEMADORES DE GAS NATURAL SON DIVIDIDOS GENERALMENTE EN LOS TIPOS DE ALTA Y BAJA PRESIÓN. ESTA CLASIFICACIÓN SE DERIVA DE LA PRESIÓN

DEL

GAS

REQUERIDA

PARA

PROPORCIONAR

OPERACIÓN SATISFACTORIA.

2). QUEMADORES DE PRESIÓN BAJA.

LOS

QUEMADORES DE

PRESIÓN

BAJA

SON

DISEÑADOS

USUALMENTE

PARA CAPACIDADES RELATIVAMENTE BAJAS, Y OPERAN CON GAS NATURAL A UNA PRESIÓN DESDE 1/8 A 4 PSI. 3). QUEMADORES PC PRESIÓN ALTA.

INTRODUCCIÓN. LA

FINALIDAD

DEL

PRESENTE

TRABAJO,

TIENE

COMO

PUNTO

PRINCIPAL, LA PREPARACIÓN DEL QUE OPERA LA PLANTA DE GENERACIÓN DE VAPOR, ASI COMO LAS ÍNTIMAMENTE LIGADAS A ESTA. OBTENIENDO CON ELLO UNA PREPARACIÓN MAS SEGURA,

Y

LA CONSIGUIENTE CONTINUIDAD DEL

SERVICIO, TOMANDO EN CONSIDERACIÓN QUE NO SOLO SUMINISTRA VAPOR PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, COMO ES EL CASO DE LAS PLANTAS TERMOELÉCTRICAS, SINO QUE TAMBIÉN LO DISTRIBUYE PARA LAS DIFERENTES PLANTAS; RAZÓN POR LA CUAL SIEMPRE DEBERÁ MANTENERSE EN OPERACIÓN,

TENIENDO

ÚNICAMENTE

PARADAS

PARCIALES

PARA

MANTENIMIENTO, HACIÉNDOSE LO ANTERIOR EN FORMA PROGRAMADA. POR LO ANTERIOR, SE PRETENDE OBTENER UN NIVEL MAS ALTO DE CONOCIMIENTO

DEL

PERSONAL

A

CARGO

DE

LA

GENERACIÓN

DE

LAS

UNIDADES, CUYO RESULTADO SERA UN BENEFICIO TANTO EN LO PERSONAL COMO UNA GANANCIA

DE

PETRÓLEOS MEXICANOS Y POR CONSIGUIENTE DE LA

PROPIA PLANTA, POR LA SEGURIDAD QUE DE ELLO SE DESPRENDE.

1.- CALDERA

UNA CALDERA ES UN EQUIPO O TRANSFORMADOR DE ENERGÍA CAPAZ DE TRANSFERIR DE FORMA CONVENIENTE EL CALOR PRODUCIDO POR UNA COMBUSTIÓN O GENERADO POR OTRO FENÓMENO QUÍMICO O FÍSICO, A UN

FLUIDO (GENERALMENTE AGUA) PARA PRODUCIR VAPOR, EL CUAL A SU VEZ ES DESTINADO, A CEDER LA ENERGÍA RECIBIDA BAJO FORMA.

TÉRMICA (CALOR) O MECÁNICA,

DE DIVERSOS MODOS Y PARA MÚLTIPLES

EMPLEOS. 1.1

TIPOS DE CALDERAS.

LA CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS GENERALMENTE SE HACE DE LA MANERA SIGUIENTE:

A). CALDERA DE TUBOS DE HUMO O PIROTUBULAR. B). CALDERA DE TIPO ACUOTUBULAR. A). CALDERA DE TUBOS DE HUMO O PIROTUBULAR. EN UNA CALDERA DE TUBOS DE HUMO, LOS GASES DE COMBUSTIÓN CIRCULAN POR EL INTERIOR DE LOS TUBOS, Y EL AGUA SE ENCUENTRA EN EL EXTERIOR DE LOS TUBOS, DE TAL FORMA QUE ESTOS SE ENCUENTREN SUMERGIDOS EN EL AGUA. B).

CALDERA DEL TIPO ACUOTUBULAR. EN ESTAS CALDERAS, EL AGUA CIRCULA

POR

EL

INTERIOR

DE

LOS

TUBOS

Y

LOS

GASES

DE

COMBUSTIÓN CIRCULAN POR EL EXTERIOR.

LAS CALDERAS SE CLASIFICAN TAMBIÉN EN BASE A LA FORMA DE

LOS

TUBOS EN: CALDERAS HORIZONTALES DE TUBOS RECTOS, CALDERAS DE TUBOS CURVOS; EN BASE A LA FORMA EN QUE CIRCULA EL AGUA DENTRO DE LA CALDERA EN: CIRCULACIÓN NATURAL Y CIRCULACIÓN FORZADA.

1.2 COMPONENTES DE LA CALDERA. EL

ESTUDIO

DE

UNA

CALDERA,

SE

PUEDE

REALIZAR

ANALIZANDO

LOS

COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR, Y DEL CIRCUITO AIRE-

HUMOS, EN QUE SE DIVIDE PARA SU ESTUDIO UNA CALDERA: A). CIRCUITO AGUA-VAPOR.

LOS COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR SON: 1). DOMO SUPERIOR O DE GENERACIÓN DE VAPOR. 2). CABEZALES COLECTORES SUPERIORES E INFERIORES. 3).

FLUXERIA,

TUBOS

ASCENDENTES

O

EBULLIDORES

Y

TUBOS

DESCENDENTES. 4). DOMO INFERIOR O DE LODOS. 5). SOBRECALENTADOR. 6). ATEMPERADOR O DESOBRECALENTADOR. 7). SISTEMA DE AGUA DE ALIMENTACIÓN A LA CALDERA. 8). SISTEMA DE AGUA DE ATEMPERACIÓN. 9). PURGA CONTINUA Y PURGA DE FONDO. 10). LINEA DE INYECCIÓN DE REACTIVOS. 11). INSTRUMENTACIÓN Y ACCESORIOS DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR. LA FINALIDAD DE ESTE CIRCUITO ES LLEVAR A CABO LA TRANSFORMACIÓN DEL AGUA EN VAPOR Y OBTENER A LA SALIDA DE LA CALDERA UN VAPOR CON LA CALIDAD Y CONDICIONES REQUERIDAS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA NECESARIAS PARA EL EQUIPO O PROCESO DONDE SERA UTILIZADO. B). CIRCUITO AIRE-HUMOS. LOS COMPONENTES BÁSICOS DEL CIRCUITO AIRE-HUMOS SON: 1). VENTILADORES DE TIRO FORZADO. 2). SERVOMOTORES DE COMPUERTAS TIRO FORZADO. 3). PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR (PRE-PRE). 4). CALENTADOR DE AIRE. 5). HOGAR. 6). QUEMADORES. 7). SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE.

8). VENTILADORES PARA AIRE PRIMARIO. 9). SERVOMOTORES DE COMPUERTAS DE AIRE PRIMARIO. 10). CAJA O CÁMARA DE AIRE. 11). CHIMENEA. 12). INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS DEL CIRCUITO AIRE-HUMOS.

LA FINALIDAD DE ESTE CIRCUITO ES LA DE SUMINISTRAR EL CALOR NECESARIO EN EL CIRCUITO AGUA-VAPOR, PARA LA TRANSFORMACIÓN DEL

AGUA

EN

COMBUSTIÓN

VAPOR;

DE

OBTENIÉNDOSE

UN

COMO

LO

CUAL

SE

LOGRA

COMBUSTIBLE. RESULTADO

EL

LO

LLEVÁNDOSE MAS

A

CABO

EFICIENTE

DESPRENDIMIENTO

DE

UNA

POSIBLE,

CALOR

Y

LA

LIBERACIÓN DE GASES DE COMBUSTIÓN (HUMOS), A PARTIR DE LOS CUALES SE OBTIENE EL CALOR QUE SE SUMINISTRA AL CIRCUITO AGUA-VAPOR. 1.3 DESCRIPCIÓN DE LA FORMA EN QUE OPERA UNA CALDERA. PARA FACILITAR LA DESCRIPCIÓN DE LA FORMA EN QUE OPERA UNA CALDERA;

LAS

PARTES

INDIVIDUALIZARSE, CALDERA,

SEGÚN

ESENCIALES

ANALIZANDO DOS

EL

CIRCUITOS

DE

UNA

CALDERA

FUNCIONAMIENTO DISTINTOS

QUE

DE SE

PUEDEN

LA

PROPIA

RECONOCEN

CLARAMENTE: 1.- CIRCUITO AIRE-HUMOS. EL AIRE ASPIRADO DEL EXTERIOR, UTILIZANDO UN VENTILADOR DE TIRO FORZADO, ES HECHO PASAR A TRAVÉS DE UN DUCTO A UN PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR (PRE-PRE) Y A CONTINUACIÓN PASA A TRAVÉS DEL PRECALENTADOR ROTATORIO DE AIRE (LJUNGSTROM), PARA SER DESCARGADO A TRAVÉS DE OTRO DUCTO HACIA LA CAJA DE AIRE, DE AHÍ A TRAVÉS DE UNAS COMPUERTAS SE INTRODUCE

AL

HOGAR,

DONDE

SE

MEZCLA

CON

EL

COMBUSTIBLE

DESCARGADO POR EL QUEMADOR, Y EN PRESENCIA DE UNA FUENTE DE IGNICIÓN

SE

PRODUCE

LA

COMBUSTIÓN,

OBTENIÉNDOSE

COMO

RESULTADO LA LIBERACIÓN DE GASES, ADEMAS DE LUZ (FLAMA) Y CALOR; ESTOS GASES SE DESPRENDEN EN EL HOGAR SIGUIENDO UN CIRCUITO DE FLUJO IRREGULAR DENTRO DE LA CALDERA, CON EL FIN DE HACERLOS PASAR A TRAVÉS DE LOS TUBOS COLOCADOS EN LA ZONA DE CONVECCIÓN DE LA CALDERA, PARA POSTERIORMENTE PASAR A TRAVÉS DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR, APROVECHANDO ASI EL CALOR DE LOS MISMOS, LOS GASES YA A UNA

TEMPERATURA

MENOR

SON

OBLIGADOS

A

INTRODUCIRSE

AL

PRECALENTADOR ROTATORIO DE AIRE, CON EL FIN DE CALENTAR EL AIRE,

LOS

GASES

QUE

SALEN

DEL

CALENTADOR

DE

AIRE,

YA

PRÁCTICAMENTE FRÍOS SON DESCARGADOS A TRAVÉS DE UN DUCTO HACIA

LA

CHIMENEA,

DE

DONDE

SON

DESALOJADOS

HACIA

EL

EXTERIOR.EN ALGUNAS CALDERAS SE UTILIZAN VENTILADORES DE AIRE PRIMARIO, EL CUAL SE EMPLEA GENERALMENTE PARA ATOMIZAR EL COMBUSTIBLE LIQUIDO Y REPRESENTA UN 6 % DEL AIRE REQUERIDO PARA LA COMBUSTIÓN. TAMBIÉN EN ALGUNAS CALDERAS SE UTILIZAN VENTILADORES DE TIRO INDUCIDO, LOS CUALES ESTÁN COLOCADOS EN EL DUCTO DE SALIDA QUE COMUNICA HACIA LA CHIMENEA, Y SE UTILIZAN PARA PRODUCIR UN TIRO MECÁNICO, PARA HACER CIRCULAR LOS GASES EN EL INTERIOR DE LA CALDERA Y DESALOJARLOS DE LA MISMA. CIRCUITO AGUA-VAPOR. EL AGUA PROVENIENTE DEL DESAEREADOR, ES INTRODUCIDA EN EL DOMO SUPERIOR DE LA CALDERA, DONDE A TRAVÉS DE UNOS TUBOS BAJANTES, EL AGUA DESCIENDE HACIA EL DOMO INFERIOR, A MEDIDA QUE EL AGUA DESCIENDE SU TEMPERATURA SE INCREMENTA. EN EL DOMO INFERIOR SE RECOLECTAN LOS LODOS QUE

SE SEPARAN DEL AGUA A CONSECUENCIA DEL TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA, ESTOS LODOS SON DESALOJADOS DEL DOMO INFERIOR A TRAVÉS DE EXTRACCIONES DE FONDO. UNA VEZ QUE EL AGUA LLEGA AL DOMO INFERIOR ESTA ASCIENDE, RETORNANDO AL DOMO SUPERIOR A TRAVÉS DE LOS TUBOS ASCENDENTES o EBULLIDORES, A MEDIDA QUE EL AGUA ASCIENDE SU TEMPERATURA SE INCREMENTA HASTA ALCANZAR SU

TEMPERATURA

DE

EBULLICIÓN.

ESTOS

CAMBIOS

CONTINUOS

EN

LA

TEMPERATURA DEL AGUA Y EN CONSECUENCIA EN SU DENSIDAD DAN LUGAR A LA CIRCULACIÓN NATURAL DEL AGUA DENTRO DE LA CALDERA. YA EN EL DOMO SUPERIOR EL AGUA Y EL VAPOR SE SEPARAN; EL VAPOR ES OBLIGADO A INTRODUCIRSE EN LOS INTERNOS DEL DOMO SUPERIOR, PARA ELIMINAR LA HUMEDAD DEL VAPOR Y OBTENER ASI UN VAPOR MAS SECO, EL CUAL SE INTRODUCE EN EL SOBRECALENTADOR PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DEL VAPOR POR ENCIMA DE SU TEMPERATURA DE SATURACIÓN APROVECHANDO QUE POR EL EXTERIOR DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR CIRCULAN LOS GASES CALIENTES.

2.0 CONCEPTOS BÁSICOS 1).- NIVEL EL

NIVEL

NOS

INDICA

LA

ALTURA

QUE

TIENE

UN LIQUIDO DENTRO DE UN RECIPIENTE, Y EXPRESA A SU VEZ LA CANTIDAD DE LIQUIDO ALMACENADO EN DICHO RECIPIENTE. EL NIVEL SE EXPRESA, NORMALMENTE EN UNIDADES DE LONGITUD; POR EJEMPLO, METROS (m), PIES, CENTÍMETROS (cm) ETC., O BIEN EN FORMA DE PORCENTAJE (%). LOS INSTRUMENTOS PARA MEDIR NIVEL, MAS USADOS SON: 1.- NIVEL ÓPTICO 2.- NIVEL ELÉCTRICO. 3.- NIVEL TIPO DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA (MANÓMETRO). 4.- TRANSMISOR DE NIVEL. 2).- FLUJO EL FLUJO REPRESENTA LA CANTIDAD DE UN FLUIDO (LIQUIDO O GAS) QUE PASA A TRAVÉS DE UN PUNTO DETERMINADO EN LA UNIDAD DE TIEMPO. EL FLUJO SE EXPRESA NORMALMENTE, EN UNIDADES DE VOLUMEN SOBRE TIEMPO, CUANDO SE REFIERE A FLUJO VOLUMÉTRICO, POR EJEMPLO, METROS CÚBICOS POR MINUTO (m3/min). GALONES POR MINUTO (GPM), ETC. Y EN UNIDADES DE MASA POR UNIDAD DE TIEMPO CUANDO SE REFIERE A FLUJO MÁSICO, POR EJEMPLO, TONELADAS POR HORA (TON/HR), LIBRAS POR HORA (lb/Hr), ETC. LOS

INSTRUMENTOS

PARA

MEDIR FLUJO MÁS USUALES EN CALDERAS SON: 1.- PLACAS DE ORIFICIO. 2.- TOBERA DE FLUJO. 3.DALL.

CAMPANA

DE

FLUJO

4.-

TRANSMISOR

DE

FLUJO.

NORMALMENTE

ESTE

INSTRUMENTO

VA

ACOMPAÑADO DE OTRO INSTRUMENTO CONOCIDO, COMO EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA.

3).- PRESIÓN LA PRESIÓN REPRESENTA A TODA FUERZA, APLICADA SOBRE UNA DETERMINADA ÁREA O SUPERFICIE, ES DECIR: PRESIÓN (P) = FUERZA (F)/AREA (A); P=F/A

LAS UNIDADES PARA MEDIR PRESIÓN, MAS USUALES EN CALDERAS SON: Kg/cm2, MILÍMETROS DE MERCURIO (mm Hg), PULGADAS DE MERCURIO, (plg Hg), MILÍMETROS DE AGUA (mm H20), PULGADAS DE AGUA (plg H20), Lb/plg2 LA CUAL

SE REPRESENTA

TAMBIÉN POR,

#, PSI, PSIG, PSIA,

LA PRESIÓN SE CLASIFICA TAMBIÉN EN: A).- PRESIÓN ATMOSFÉRICA. LA PRESIÓN QUE EJERCE, (ATMOSFERA). Y

QUE

LA MASA DE AIRE QUE RODEA NUESTRO

AL

ES

PLANETA

NIVEL DEL MAR ES IGUAL A 760 mm Hg (1.033

Kg/cm2). B).- PRESIÓN MANOMÉTRICA. LA PRESIÓN MANOMÉTRICA, ES TODA PRESIÓN, QUE SE ENCUENTRE ARRIBA DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA. C).- PRESIÓN DE VACIO. LA PRESIÓN DE VACIO.- ES TODA PRESIÓN POR ABAJO DE LA ATMOSFÉRICA. D).-

PRESIÓN

ATMOSFÉRICA,

ABSOLUTA.

ES

EL RESULTADO

DE

MAS LA PRESIÓN MANOMÉTRICA. Pabs

=

Patm

+

Pman

SUMAR,

LA

PRESIÓN

E).- PRESIÓN HIDROSTÁTICA. LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA ES LA PRESIÓN QUE

SE EJERCE, EN CUALQUIER PUNTO EN EL INTERIOR DE UN LIQUIDO EN

REPOSO,

Y QUE ES IGUAL A LA ALTURA DE

DICHO PUNTO, CON RESPECTO

A LA SUPERFICIE DEL LIQUIDO, MULTIPLICADO POR EL PESO ESPECIFICO DEL LIQUIDO (p.e.). PARA EL AGUA, EN CONDICIONES NORMALES LA PRESIÓN

HIDROSTÁTICA (Ph), ES FUNCIÓN EXCLUSIVA DE LA ALTURA.

PRESIÓN HIDROSTÁTICA = ALTURA X P. e . F).- PRESIÓN DE VAPOR.

ES LA PRESIÓN QUE EJERCE EL VAPOR DE UN

LIQUIDO, AL MOMENTO DE DESPRENDERSE DE LA SUPERFICIE DEL LIQUIDO DURANTE SU EBULLICIÓN. ALGUNOS FACTORES DE CONVERSIÓN DE PRESIÓN, MÁS USUALES EN CALDERAS SON: 1 Kg/cm2 = 14.2 lb/plg2 1

Kg/cm 2 = 10,000 mm H 2 O

1 ATM = 760 mm Hg = 1.033 Kg/cm2 = 14.7 lb/plg2 1 mm Hg = 13.595 mm H20 = 133.32 Pa 1 bar = 14.5038 lb/plg2 = 100,000 Pa LOS PRINCIPALES, INSTRUMENTOS PARA MEDIR PRESIÓN EN CALDERAS SON: 1.- MANÓMETRO TIPO BOURDON. 2.-

MANÓMETRO TIPO DIAFRAGMA.

3.- TRANSMISOR DE PRESIÓN.

4).- TEMPERATURA

LA TEMPERATURA ES UNA VARIABLE, QUE NOS INDICA EN FORMA SENCILLA QUE TAN CALIENTE O FRIÓ SE ENCUENTRA UN CUERPO, EN FORMA MAS PRECISA, LA TEMPERATURA NOS INDICA, EL CONTENIDO DE ENERGÍA QUE

POSEE

UN

TEMPERATURA

CUERPO.

SON

LOS

LAS

UNIDADES

GRADOS

MÁS

CENTÍGRADOS

COMUNES (°C),

Y

PARA

MEDIR

LOS

GRADOS

FAHRENHEIT (°F). PARA CONVERTIR °C a °F, O VICEVERSA, SE EMPLEAN LAS FORMULAS SIGUIENTES: °C = (°F. - 32)/l.8 ....... (1) °F = 1 .8 X °C + 32 ................................. (2)

ASI PARA CONVERTIR 212 °F EN °C, PROCEDEMOS DE LA FORMA SIGUIENTE. EMPLEANDO LA FORMULA (1): °C = (212 - 32)/l.8 212 °F =

=

180/1.8

=

100, POR LO TANTO:

100Oc

PROCEDIENDO EN FORMA

INVERSA,

PARA CONVERTIR

100 °C EN

°F, EMPLEAMOS LA FORMULA (2): °F = 1.8 X 100

+

32

=

POR LO TANTO: 100 OC = 212 °F LOS PRINCIPALES INSTRUMENTOS PARA MEDIR TEMPERATURA EMPLEADOS EN CALDERAS SON: 1.- TERMÓMETRO BIMETÁLICO. 2.- TERMÓMETRO DE SISTEMA TERMAL LLENO. 3.- TERMOPAR. 4.- TERMISTOR. 5.- TRANSMISOR DE TEMPERATURA.

180 + 32

=

212,

5). CALOR. SE LLAMA CALOR AL MOVIMIENTO DE ENERGÍA QUE SE PRODUCE ENTRE DOS O MAS CUERPOS A DISTINTA TEMPERATURA. EL CALOR SIEMPRE SE DESPLAZARA DEL CUERPO MAS CALIENTE AL CUERPO MAS FRIÓ. A CONSECUENCIA DE LA PERDIDA DE ENERGÍA OCASIONADA POR EL MOVIMIENTO DE

CALOR,

EL

CUERPO

A

MAYOR

TEMPERATURA

(MAS

CALIENTE)

SE

ENFRIARA, ES DECIR BAJARA SU TEMPERATURA, POR LO MISMO EN EL CUERPO MAS FRIÓ (A MENOR TEMPERATURA) SU TEMPERATURA SE ELEVARA, ES DECIR SE CALENTARA, ESTO CONTINUARA HASTA QUE TODOS QUEDEN CON IGUAL TEMPERATURA.

LA

VARIACIÓN

EN

LA

TEMPERATURA

DE

LOS

CUERPOS

A

CONSECUENCIA DEL MOVIMIENTO DE CALOR NO OCURRE SIEMPRE EN TODOS LOS CASOS; EN ALGUNOS CASOS EL MOVIMIENTO DE CALOR NO MODIFICARA LA TEMPERATURA DEL CUERPO, ESTO OCURRE AL AGREGAR O RETIRAR CALOR, EL CUERPO EXPERIMENTA UN CAMBIO DE ESTADO, EN ESTAS CONDICIONES LA TEMPERATURA

DEL

CUERPO

PERMANECE

SIN

VARIACIÓN

HASTA

QUE

LA

SUSTANCIA, HAYA PASADO COMPLETAMENTE DE UN ESTADO A OTRO. LAS UNIDADES PARA MEDIR EL CALOR MAS USUALES, SON LA CALORÍA

(cal),

KILOCALORIA

(Kcal)

Y

LOS

BTU

(UNIDAD

TÉRMICA

BRITÁNICA) LOS FACTORES DE CONVERSIÓN ENTRE ESTAS UNIDADES SON: 1 Kcal = 1000 cal 1 BTU

= 252 cal 6). TRANSFERENCIA DE CALOR.

EL CALOR COMO YA SE INDICO EN EL INCISO, ANTERIOR, ES UNA FORMA DE ENERGÍA, Y FLUYE DE LOS OBJETOS MAS CALIENTES HACIA LOS MAS FRÍOS, LA TRANSFERENCIA DE CALOR TRATA DE LOS MECANISMOS A TRAVÉS DE LOS CUALES OCURRE EL MOVIMIENTO DE CALOR DE UN CUERPO A

OTRO. LOS MECANISMOS A TRAVÉS DE LOS CUALES SE TRANSFIERE EL CALOR PUEDE SER UNO O LA COMBINACIÓN DE CUALQUIERA DE LOS MECANISMOS SIGUIENTES: A). CONDUCCIÓN. B). CONVECCIÓN. C). RADIACIÓN.

A). CONDUCCIÓN. SE ENTIENDE COMO LA TRANSFERENCIA DE CALOR QUE PUEDE OCURRIR CUANDO DOS SOLIDOS NO POROSOS A DISTINTA TEMPERATURA SE PONEN EN CONTACTO; O BIEN LA CONDUCCIÓN SE PUEDE PRESENTAR EN UN MISMO SOLIDO NO POROSO, CUANDO EL DICHO CUERPO EXISTEN DOS PUNTOS A TEMPERATURA DIFERENTE.

B). CONVECCIÓN ES LA TRANSFERENCIA DE CALOR ENTRE PORCIONES DE UN FLUIDO (LIQUIDO O GAS) QUE EXISTEN BAJO UNA DIFERENCIA DE TEMPERATURA, ES DECIR CUANDO DOS O MAS PORCIONES DE UN MISMO FLUIDO SE ENCUENTRAN A

DISTINTA

TEMPERATURA.

LA

VELOCIDAD

DE

TRANSFERENCIA

POR

CONVECCIÓN A VECES LENTA PARA CONVECCIÓN LIBRE O NATURAL Y RÁPIDA PARA CONVECCIÓN FORZADA, CUANDO EXISTEN MEDIOS ARTIFICIALES PARA MEZCLAR O AGITAR EL FLUIDO.

C). RADIACIÓN. ES LA TRANSFERENCIA DE CALOR DE UNA FUENTE DE RADIACIÓN (CUERPO O SUSTANCIA A UNA TEMPERATURA MUY ELEVADA) A OTRO CUERPO, EN DONDE UNA PARTE DE CALOR ES ABSORBIDO EN EL RECEPTOR Y OTRA PORCIÓN ES REFLEJADA DEL MISMO.

EL MECANISMO A TRAVÉS DEL CUAL SE TRANSFIERE EL CALOR POR RADIACIÓN, ES A TRAVÉS DE ONDAS DE ENERGÍA, MUY SEMEJANTES A OTRAS FORMAS DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (POR EJEMPLO, LAS ONDAS DE LUZ Y LAS DE RADIO). 7). EL CONTROL AUTOMÁTICO Y SUS ELEMENTOS. UN CONTROLADOR AUTOMÁTICO ES UN INSTRUMENTO QUE MIDE EL VALOR DE UNA CANTIDAD O CONDICIÓN VARIABLE, Y QUE OPERA PARA CORREGIR

O

LIMITAR

LA

DESVIACIÓN

DE

ESTE

VALOR

MEDIDO

CON

REFERENCIA A UN VALOR PREVIAMENTE SELECCIONADO (SET-POINT). EL OBJETO DE ESTE CIRCUITO ES MEDIR Y CONTROLAR UNA VARIABLE,

LA

QUE

ESTA

INCLUIDA

EN

EL

"PROCESO"

O

SISTEMA

CONTROLADO QUE COMPRENDE LAS FUNCIONES EJECUTADAS EN Y POR EL EQUIPO EN EL CUAL LA VARIABLE VA A SER CONTROLADA; LAS VARIABLES MÁS COMUNES QUE NOSOTROS CONOCEMOS Y QUE NECESITAMOS CONTROLAR SON: TEMPERATURA, PRESIÓN, FLUJO Y NIVEL. A). ELEMENTO DE UN CONTROLADOR AUTOMÁTICO. LOS ELEMENTOS DE

UN

CONTROLADOR AUTOMÁTICO LOS PODEMOS

CLASIFICAR EN LA FORMA SIGUIENTE: 1.- LOS ELEMENTOS DE MEDICIÓN, a). EL ELEMENTO PRIMARIO. b). ELEMENTO SECUNDARIO O DE TRANSMISIÓN. 2.- EL SISTEMA DE CONTROL. 3.- EL ELEMENTO FINAL DE CONTROL.

ELEMENTO DE MEDICIÓN. LOS ELEMENTOS DE MEDICIÓN, SON AQUELLOS ELEMENTOS DE UN CONTROLADOR

AUTOMÁTICO,

LOS

CUALES

ES

SU

FUNCIÓN

INDAGAR

Y

COMUNICAR

A

LOS

MEDIOS

DE

CONTROL

EL

VALOR

DE

LA

VARIABLE

CONTROLADA.

a ) . ELEMENTO PRIMARIO.

EL ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN ES AQUEL QUE DETECTA EL VALOR DE LA VARIABLE, O SEA ES LA PORCIÓN DE LOS MEDIOS DE MEDICIÓN QUE PRIMERO UTILIZA O TRANSFORMA LA ENERGÍA DEL MEDIO CONTROLADO, PARA PRODUCIR UN EFECTO QUE ES UNA FUNCIÓN DE LA VARIABLE CONTROLADA. LOS ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICIÓN MÁS COMUNES SON: PARA TEMPERATURA. TERMÓMETROS DE SISTEMA TERMAL LLENO, TERMOPARES, DE RESISTENCIA,

PIROMETROS

DE

RADIACIÓN,

ETC.

BOURDON, FUELLES Y DIAFRAGMAS, ETC. PARA ORIFICIO,

TUBO

VENTURI,

TOBERA

PARA FLUJO.

PRESIÓN.

TUBO

PLACA

DE

DE FLUJO, CAMPANA DE FLUJO

DALL, ETC. NIVEL. ÓPTICOS, DESPLAZADORES, FLOTADORES, MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL, ETC.

b ) . ELEMENTO SECUNDARIO O DE TRANSMISIÓN. EL

ELEMENTO

SECUNDARIO

DE

MEDICIÓN

Y

TRANSMISIÓN

SE

ENCARGA DE AMPLIFICAR LA SEÑAL PROVENIENTE DEL ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN, O BIEN EN TRANSFORMAR ESA FUNCIÓN EN UNA SEÑAL ÚTIL, FÁCILMENTE MEDIBLE,

COMO UNA SEÑAL ELÉCTRICA O UNA

PRESIÓN

NEUMÁTICA,

QUE

DEPENDIENDO

INSTRUMENTOS, SON SEÑALES DE:

DE

LOS

FABRICANTES

4 A 20 ó 10 A 50

DE

mA EN LOS

Y DE 3 A 15 Ó 6 A 30 lb/pulg2 EN EL CASO DE LOS

ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS. LA

SEÑAL

DETECTADA

Y

TRANSMITIDA

POR

LOS

MEDIOS

DE

MEDICIÓN (ELEMENTO PRIMARIO Y SECUNDARIO) ES UNA FUNCIÓN DE LA VARIABLE CONTROLADA O SEA DE LA CANTIDAD O CONDICIÓN QUE ES MEDIDA Y/O CONTROLADA. LA SEÑAL DE LA VARIABLE CONTROLADA YA SEA ELÉCTRICA, NEUMÁTICA,

HIDRÁULICA,

ELECTRÓNICA,

ETC.,

ES

TRASMITIDA

SIMULTÁNEAMENTE A UN DISPOSITIVO DE INDICACIÓN Y/O REGISTRO Y A UN CONTROLADOR. LOS TRANSMITIR

ELEMENTOS SEÑALES

DE

DE

TRANSMISIÓN

LAS

VARIABLES

SON DE

EMPLEADOS

CONTROL

COMO

PARA SON:

TEMPERATURA, FLUJO, NIVEL Y PRESIÓN, A LOS CUALES SE LES DA EL NOMBRE DE TRANSMISORES DE FLUJO (TF), NIVEL (TN), PRESIÓN (TP) Y TEMPERATURA (TT). HAY

DIFERENTES

TIPOS

DE

TRANSMISORES

NEUMÁTICOS

O

ELECTRÓNICOS. EN ALGUNOS SE TIENE EN EL TRANSMISOR UNA ESCALA PARA LEER EL VALOR DE LA VARIABLE DIRECTAMENTE EN EL, A ESTE TIPO DE TRANSMISORES SE LES DA EL NOMBRE DE TRANSMISORES INDICADORES; YA QUE TRASMITEN LA SEÑAL DE LA VARIABLE HACIA UN CONTROLADOR O EN SU CASO A UN REGISTRADOR, Y AL MISMO TIEMPO INDICAN EL VALOR DE LA VARIABLE. LA SEÑAL QUE MANDAN LOS TRANSMISORES DE FLUJO ES DE TIPO CUADRÁTICA, YA QUE ASI SE GENERA EN EL ELEMENTO PRIMARIO DE

MEDICIÓN; PARA CONVERTIRLA EN UNA SEÑAL LINEAL, ESTOS TRANSMISORES GENERALMENTE VAN ACOMPAÑADOS DE OTRO INSTRUMENTO, AL CUAL SE LE DA EL NOMBRE DE EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA, EL CUAL SE ENCARGA DE CONVERTIR LA SEÑAL CUADRÁTICA EN UNA SEÑAL LINEAL Y ASI PODER MANDARLA A UN CONTROLADOR. EN EL CASO DE QUE LA SEÑAL DEL TRANSMISOR DE FLUJO VAYA ÚNICAMENTE

A

UN

REGISTRADOR,

EL

TRANSMISOR

PUEDE

O

NO

IR

ACOMPAÑADO DE UN EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA. SI NO SE EMPLEA EXTRACTOR DE RAÍZ CUADRADA EN EL REGISTRADOR SE DEBE UTILIZAR UNA GRÁFICA DE TIPO LOGARÍTMICA, EN EL CASO CONTRARIO SE DEBE UTILIZAR UNA GRÁFICA DE TIPO LINEAL.

2.- EL SISTEMA DE CONTROL. EL ELEMENTO DE MEDICIÓN ESTA GENERALMENTE EN CONTACTO DIRECTO CON LA MATERIA A LA QUE SE LE ESTA MIDIENDO, YA SEA SU TEMPERATURA, PRESIÓN, FLUJO O NIVEL. LA SEÑAL GENERADA EN EL ELEMENTO DE MEDICIÓN LA RECIBE EL TRANSMISOR EL CUAL ENVÍA LA SEÑAL YA TRANSFORMADA (ELÉCTRICA O NEUMÁTICA) AL CONTROLADOR; EN ESTE CONTROLADOR SE COMPARA LA SEÑAL QUE VIENE DEL TRANSMISOR CON UNA SEÑAL DE MAGNITUD DETERMINADA, FIJADA POR EL OPERADOR POR MEDIO

DEL

PUNTO

DE

CONTROL

(SET

TRANSMISOR ES DIFERENTE DE LA SEÑAL DE

POINT).

SI

LA

SEÑAL

DEL

SET POINT, EL CONTROLADOR

ENVÍA UNA CORRECCIÓN A LA VÁLVULA DE CONTROL, PARA TRATAR DE IGUALAR EL VALOR DE LA VARIABLE QUE SE TRATA DE CONTROLAR AL VALOR DESEADO QUE FIJA EL SET POINT; AL CORREGIRSE LA VARIABLE A ESTE NUEVO VALOR EL TRANSMISOR ENVIARA OTRA VEZ UNA SEÑAL A COMPARARSE

EN EL CONTROLADOR CON EL VALOR FIJADO POR EL SET-POINT. SI VUELVE A HABER DIFERENCIA SE GENERA UNA SEÑAL CORRECTIVA A LA VÁLVULA, PROCEDENTE DEL CONTROLADOR ESTE PROCESO SE REPITE INDEFINIDAMENTE. 3.- ELEMENTO FINAL DE CONTROL.

EL ELEMENTO FINAL DE CONTROL, EN UN SISTEMA DE CONTROL SE TRATA DE UNA VÁLVULA AUTOMÁTICA CONTROLADORA DE FLUJO, LA CUAL GENERALMENTE ES ACTUADA POR UNA SEÑAL NEUMÁTICA, PROVENIENTE DE UN CONTROLADOR,

LA

VÁLVULA

AUTOMÁTICA

ACTÚA

SOBRE

EL

AGENTE

DE

CONTROL MODIFICANDO EL FLUJO DEL MISMO Y AFECTADO EN ESTA FORMA A LA VARIABLE DE CONTROL A LA CUAL SE BUSCA AJUSTAR A UN VALOR DESEADO (SET-POINT). CUANDO LA VÁLVULA AUTOMÁTICA, SE ENCUENTRA MUY ALEJADA DEL

CONTROLADOR,

SE

EMPLEA

OTRO

INSTRUMENTO

CONOCIDO

COMO

POSICIONADOR, EL CUAL EN LA MAYOR PARTE DE LOS CASOS SE MONTA SOBRE EL CUERPO DE LA VÁLVULA, Y SE EMPLEA PARA AJUSTAR LA ABERTURA

DE

LA

VÁLVULA

A

LA

POSICIÓN

SOLICITADA

POR

EL

CONTROLADOR.

3.1 TIPO DE ACCIONES EN LAS VÁLVULAS DE CONTROL.

SEGÚN SU ACCIÓN, LOS CUERPOS DE LAS VÁLVULAS SE DIVIDEN EN VÁLVULAS DE ACCIÓN DIRECTA, CUANDO SE TIENEN QUE BAJAR PARA CERRAR, E INVERSA CUANDO TIENEN QUE BAJAR PARA ABRIR. ESTA MISMA DIVISIÓN SE APLICA A LOS SERVOMOTORES, QUE SON DE ACCIÓN DIRECTA,

CUANDO APLICANDO AIRE, EL VASTAGO SE MUEVE HACIA ABAJO, E INVERSA CUANDO AL APLICAR AIRE EL VASTAGO SE MUEVE HACIA ARRIBA.

AL

COMBINAR

ESTAS

ACCIONES

SE

CONSIDERA

SIEMPRE

LA

POSICIÓN DE LA VÁLVULA SIN AIRE SOBRE SU DIAFRAGMA, CON EL RESORTE MANTENIENDO EL DIAFRAGMA Y POR LO TANTO LA VÁLVULA EN UNA DE SUS POSICIONES EXTREMAS. CUANDO LA VÁLVULA SE CIERRA AL APLICAR AIRE SOBRE EL DIAFRAGMA O SE ABRE CUANDO SE QUITA EL AIRE, DEBIDO A LA ACCIÓN DEL RESORTE, SE DICE QUE LA VÁLVULA SIN AIRE ABRE O AIRE PARA CERRAR (ACCIÓN DIRECTA). AL

ABRIR

LA

VÁLVULA

CUANDO

SE

APLICA

AIRE

SOBRE

EL

DIAFRAGMA Y SE CIERRA POR LA ACCIÓN DEL RESORTE, CUANDO SE QUITA EL AIRE, SE DICE QUE LA VÁLVULA SIN AIRE CIERRA O AIRE PARA ABRIR (ACCIÓN INVERSA). CONSIDERACIONES ANÁLOGAS SE APLICAN A LAS VÁLVULAS CON SERVOMOTOR ELÉCTRICO:

ACCIÓN

DIRECTA:

CON

EL

SERVOMOTOR

DESEXITADO

LA

VÁLVULA

ESTA

ABIERTA. ACCIÓN INVERSA: CON EL SERVOMOTOR DESEXITADO LA VÁLVULA ESTA CERRADA.

AL SELECCIONAR LA VÁLVULA ES IMPORTANTE CONSIDERAR ESTOS FACTORES DESDE EL PUNTO DE VISTA SEGURIDAD. NINGUNA INSTALACIÓN ESTA EXENTA DE AVERIAS Y UNA DE ELLAS PUEDE SER UN FALLO DE AIRE O

DE

CORRIENTE

DE

ALIMENTACIÓN

CON

LO

CUAL

LA

VÁLVULA

PASA

NATURALMENTE A UNA DE SUS POSICIONES EXTREMAS Y ESTA DEBE SER LA MAS SEGURA PARA EL PROCESO.

B). ALARMAS Y DISPOSITIVOS DE CORTE, EQUIPO PROTECTOR DE PROCESOS.

MUCHAS OPERACIONES EN LAS PLANTAS DE PROCESOS REQUIEREN ALGUNOS

MEDIOS

VARIABLES

DE

DE

DETECCIÓN

PROCESO.

LOS

DE

CONDICIONES

INSTRUMENTOS

PARA

ANORMALES

EN

MONITOREAR

LAS

ESTAS

VARIABLES SON ALARMAS DE LIMITE, PERMISIVOS Y DISPOSITIVOS DE CORTE. LOS DISPOSITIVOS DE DETECCIÓN SON GENERALMENTE REFERIDOS COMO

INTERRUPTORES.

ELÉCTRICOS.

LA

ESTO

MAYOR

NO

SIGNIFICA

PARTE

SON

QUE

TAMBIÉN

ELLOS

SOLO

UTILIZADOS

SEAN COMO

INTERRUPTORES ACTUADOS NEUMÁTICAMENTE, Y POR ENDE TAMBIÉN PUEDEN SER APLICADOS A CIRCUITOS DE CORTE.

LISTA

DE

DISPOSITIVOS

SENSORES

PERMISIVO Y/O PROTECCIÓN:

A.- ACTUADOS POR VARIABLE DIRECTA DE PROCESO: A.1.- DE FLUJO. A.2.- DE NIVEL. A.3.- DE PRESIÓN. A.4.- DE TEMPERATURA

PARA

ALARMA,

A.5.- DE VELOCIDAD.

B.- ACTUADOS POR SEÑAL NEUMÁTICA.

C.- ACTUADOS POR SEÑAL ELÉCTRICA.

7.1 INTERRUPTOR DE PRESIÓN (tipo diafragma y pistón). EL ELEMENTO SENSOR DE PRESIÓN EN ESTOS INTERRUPTORES ES UN PISTÓN ENSAMBLADO A UNA FLECHA Y SELLADO DEL PROCESO POR UN DIAFRAGMA Y ANILLO DE SELLO. LA

PRESIÓN

DEL

MATERIAL

DEL

PROCESO

ACTÚA

SOBRE

EL

PISTÓN, HACIENDO QUE ESTE SE MUEVA CONTRA LA FUERZA DEL RESORTE DEL RANGO; EL PISTÓN SE MUEVE ÚNICAMENTE UNA DECIMA DE MILÍMETRO PARA HACER ACTUAR EL MICROINTERRUPTOR, ES POR ELLO QUE HAY UN MÍNIMO DE FRICCIÓN, DESGASTE DE LAS PARTES Y MAS LINEALIDAD.

REDUCIR ESTA CANTIDAD DE AGUA EN EL VAPOR A VALORES DE FRACCIONES, REQUIERE DE SEPARADORES DE ALTA EFICIENCIA. LA IMPUREZA DEL VAPOR PUEDE EXPRESARSE CON LA SIGUIENTE FORMULA: % IMPUREZA = 100 - 100 Ps / NCb DONDE: Ps = PPM DE IMPUREZAS EN EL VAPOR. N

= RELACIÓN DE CIRCULACIÓN.

Cb = CONCENTRACIONES DEL AGUA DE LA CALDERA. LA FUNCIÓN DE LOS INTERNOS DEL DOMO EN LAS CALDERAS ES EL DE SEPARAR EL AGUA DEL VAPOR Y DIRIGIR EL FLUJO DE AGUA Y VAPOR CON UN PATRÓN ÓPTIMO QUE DISTRIBUYA UNIFORMEMENTE LA TEMPERATURA DEL METAL DEL DOMO DURANTE LA OPERACIÓN DE LA CALDERA. ESTOS INTERNOS PUEDEN SER DEL TIPO DE MAMPARAS METÁLICAS QUE PRODUCEN CAMBIOS DE DIRECCIÓN DE LA MEZCLA AGUA-VAPOR O SEPARADORES QUE IMPRIMEN UN MOVIMIENTO GIRATORIO O MALLAS QUE PROPORCIONAN UN SECADO FINAL AL VAPOR ANTES DE SALIR DEL DOMO.

EN LA SEPARACIÓN AGUA-VAPOR PARTICIPAN MUCHOS FACTORES COMO LOS SIGUIENTES:

a).

DENSIDAD DEL AGUA CON RESPECTO AL VAPOR.

b).

CAÍDA DE PRESIÓN DISPONIBLE EN EL DISEÑO DE INTERNOS DEL DOMO .

c).

LA CANTIDAD DE AGUA EN LA MEZCLA ENTRANDO

d).

NIVEL DE AGUA EN EL DOMO .

e).

CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN EL AGUA DE CALDERA . EN LA FIG .

3.1

AL

SE MUESTRA LA RELACIÓN DE

DOMO DE VAPOR .

LA

DENSIDAD DEL AGUA

A

LA

DENSIDAD DE VAPOR A DIFERENTES PRESIONES EN DONDE SE PUEDE APRECIAR QUE HEDIDA QUE POR

LO

LA

PRESIÓN SE INCREMENTA LA RELACIÓN DE DENSIDADES ES MENOR Y

LA

TANTO

REQUIRIENDO MUESTRAN

SEPARACIÓN

SEPARADORES

DIFERENTES

DEPENDIENDO

A

DEL

USO

DE

ESTOS

MÁS EFICIENTES .

TIPOS Y

ELEMENTOS EN

LAS FIG .

SEPARADORES ,

DE

ESPACIO

SE

DISPONIBLE

LOS PARA

HACE

3.2, 3,3

CUALES SU

MÁS

SON

Y

DIFÍCIL

3.4

SE

APLICABLES

INSTALACIÓN

Y

LAS

CONDICIONES DE PRESIÓN EN EL DOMO . COMO YA ANTES SE HABÍA MENCIONADO A MEDIDA DE QUE SE INCREMENTA LA PRESIÓN DE VAPOR LA SEPARACIÓN DEL AGUA DEL VAPOR SE TORNA MÁS DIFÍCIL , DE

LA

MISMA

MANERA ,

EL

TIPO

DE

SEPARADOR VA

CAMBIANDO

PARA

SATISFACER

LOS

OBTENER

LA

MÁXIMA EFICIENCIA DE SEPARACIÓN . LOS

INTERIORES

DEL

DOMO

DEBERÁN

SIGUIENTES

REQUISITOS :

1).

PROPORCIONAR VAPOR DE ALTA PUREZA , IMPIDIENDO CON ELLO DEPÓSITOS EN

LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR .

2).

PROPORCIONAR AGUA LIBRE DE VAPOR A LOS TUBOS DE BAJADA PARA OBTENER EL MÁXIMO DE CIRCULACIÓN .

3). MANTENER LA PUREZA DEL VAPOR, PESE A LOS CAMBIOS DEL NIVEL DEL AGUA, QUE OCURREN DURANTE LA OPERACIÓN NORMAL. 4). ASEGURAR QUE LA CAÍDA DE PRESIÓN A TRAVÉS DE LOS SEPARADORES SEA MÍNIMA.

5). ASEGURAR ACCESIBILIDAD MÁXIMA PARA LA INSPECCIÓN DEL DOMO Y DE LOS TUBOS. 6). SER DE UN DISEÑO SENCILLO PARA REDUCIR AL MÍNIMO EL TIEMPO DE INSTALACIÓN Y CAMBIO.

3.2 TUBOS DE LA CALDERA. UNO DE LOS COMPONENTES MAS IMPORTANTES EN LAS CALDERAS, SON LOS TUBOS DE LAS MISMAS, PUDIENDO SER ESTOS, TUBOS RECTOS O CURVOS. LOS PRIMEROS DESEMPEÑAN UN PAPEL MUY IMPORTANTE EN EL GENERADOR, PUESTO QUE SON LOS QUE ESTÁN COLOCADOS ALREDEDOR DEL HOGAR, RAZÓN POR LA CUAL TIENEN LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN DE CALOR MAS ALTA Y ESTÁN SUJETOS A FLUCTUACIONES DE TEMPERATURA Y PRESIÓN MAS, FUERTES. LOS TUBOS DE UNA CALDERA SE LES CLASIFICA EN: A). TUBOS DESCENDENTES O BAJANTES. B). TUBOS ASCENDENTES, EBULLIDORES O HERVIDORES.

A). TUBOS DESCENDENTES O BAJANTES. SE LLAMAN TUSOS DESCENDENTES DEV1DO A QUE POR ELLOS EL AGUA, RELATIVAMENTE FRÍA, DESCIENDE HACIA EL DOMO INFERIOR; ESTOS TUBOS ESTÁN COLOCADOS EN LA ZONA DE CONVECCIÓN DE LA CALDERA, RECIBIENDO POR ESTA RAZÓN EL CALOR POR CONVECCIÓN DE LOS GASES QUE SE DESPRENDEN EN EL HOGAR. A MEDIDA QUE EL AGUA DESCIENDE A TRAVÉS DE

ELLOS

SU

TEMPERATURA

SE

ESPECIFICO) VA DISMINUYENDO.

VA

ELEVANDO

Y

SU

DENSIDAD

(PESO

B).

TUBOS ASCENDENTES O EBULLIDORES. ESTOS TUBOS RECIBEN SU NOMBRE, DEBIDO A QUE A TRAVÉS DE

ELLOS EMPIEZA A EBULLIR EL AGUA, ES DECIR EL AGUA EMPIEZA A CONVERTIRSE EN VAPOR, A MEDIDA QUE ASCIENDE DE RETORNO AL DOMO SUPERIOR.

ESTOS

TUBOS

SE

ENCUENTRAN

COLOCADOS

EN

LA

ZONA

DE

RADIACIÓN FORMANDO EN SU MAYORÍA LAS PAREDES DE AGUA DEL HOGAR, RECIBIENDO DEBIDO A ESTO EL CALOR POR RADIACIÓN DIRECTAMENTE DE LA FLAMA EN EL HOGAR. LA FORMA MAS CONVENIENTE PARA PROTEGER DICHOS TUBOS CONTRA FALLAS, ES LA DE ASEGURAR A TRAVÉS DE ELLOS UNA CIRCULACIÓN. DE AGUA

ADECUADA,

BAJO

TODAS

LAS

CONDICIONES,

QUE

LA

OPERACIÓN

REQUIERE. ESTOS TUBOS, COMO ANTERIORMENTE

SE

INDICA, VAN UNIDOS EN

SUS EXTREMOS A DOS CABEZALES (SUPERIOR E INFERIOR) EN LOS CUALES VAN ROLADOS LOS TUBOS O TAMBIÉN EN ALGUNOS DISEÑOS, LA FORMA CON QUE SE UNEN A LOS CABEZALES ES POR LA

FUNCIÓN

PRINCIPAL

MEDIO

DEL

DE SOLDADURA.

RESTO

DE

LOS

TUBOS

EN

EL

GENERADOR DE VAPOR, ES LA DE ESTABLECER LA CIRCULACIÓN DEL AGUA EN LA CALDERA, LA CUAL POR LA DIFERENCIA DE DENSIDAD ENTRE EL AGUA QUE ENTRA Y LA QUE VA ELEVANDO SU TEMPERATURA, POR EL INTERCAMBIO DE CALOR QUE SE PRESENTA, HACE QUE ESTA TENGA LUGAR. SE HA

ENCONTRADO QUE EL DISEÑO QUE MAS FAVORECE A ESTOS ES EL QUE CONSTAN DE UNA O MAS CURVAS DENTRO DE LA MISMA LONGITUD DE UN MISMO TUBO, DANDO CON ELLO LA FORMACIÓN DE TUBOS CURVOS, LA VENTAJA QUE DE ELLO SE DESPRENDE ES QUE DEBIDO A SU DISEÑO PUEDE SOPORTAR MEJOR LAS EXPANSIONES PROVOCADAS POR LA TEMPERATURA Y PRESIÓN QUE TIENEN LUGAR DENTRO DE LA CALDERA. LA FORMA EN QUE ESTOS TUBOS SE CONECTAN A LOS DOMOS DE LA CALDERA, ES RADIAL Y VAN ROLADOS A ESTOS.

3.3

NIVEL ÓPTICO. TODAS

LAS

CALDERAS

DE

VAPOR

ESTÁN

EQUIPADAS

CON

UN

INDICADOR DE NIVEL DE AGUA QUE PERMITE LA OBSERVACIÓN VISUAL DE LA CANTIDAD DE AGUA QUE CONTIENE LA CALDERA. PUDIENDO SER ESTOS DE INDICACIÓN DIRECTA O REMOTA. EN EL PRIMER CASO, VA CONECTADO A UNA COLUMNA, LA CUAL A SU VEZ PARTE POR MEDIO DE CONEXIONES COLOCADAS DEL DOMO SUPERIOR, TANTO DEL LADO DE AGUA COMO LA DE VAPOR. SOLDADAS AL CUERPO DE DICHA COLUMNA TIENE TRES VÁLVULAS DE PRUEBA, PERMITIENDO CON LO ANTERIOR

AL OPERADOR CERCIORARSE MANUALMENTE

DEL NIVEL DEL AGUA DENTRO DE LA CALDERA, ADEMAS TIENEN UNA VÁLVULA DE PURGA, LA CUAL SE OPERA UNA VEZ POR GUARDIA PARA ASEGURAR NO SE VAYA

OBSTRUCCIONANDO

CON

SEDIMENTOS

PRODUCTO

DEL

TRATAMIENTO

INTERNO. EL NIVEL DIRECTO CONECTADO A DICHA COLUMNA PUEDE SER BLOQUEADO POR MEDIO DE LAS VÁLVULAS QUE LO UNEN A ELLA, PARA PODER EN CASO NECESARIO DARLE MANTENIMIENTO EN OPERACIÓN. QUEDANDO AL

RECURSO DE COMPROBAR EL NIVEL DENTRO DE LA CALDERA POR MEDIO DE LOS GRIFOS DE PRUEBA O POR EL NIVEL REMOTO. EL INDICADOR DE NIVEL REMOTO IGUAL QUE EL ANTERIOR VA CONECTADO AL DOMO SUPERIOR POR MEDIO DE LAS VÁLVULAS DE BLOQUEO TANTO DEL LADO DE VAPOR COMO DEL LADO DE AGUA, GENERALMENTE DE TOMAS DIFERENTES, PARA NO TENER DE UN MISMO LADO LA FUENTE DE INFORMACIÓN Y QUE EN UN MOMENTO DADO TUVIERA EL MISMO ERROR. ESTE MANDA LA SEÑAL DE DICHO NIVEL A EL TABLERO GENERAL DE OPERACIÓN DE LA CALDERA.

3.4 DOMO INFERIOR O DOMO DE LODOS. UNO DE LOS MAYORES PROBLEMAS QUE SE PRESENTAN EN LA OPERACIÓN DE LA CALDERA, ES LA FORMACIÓN DE LODOS, PRODUCTO DEL TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA DE LA MISMA, SIENDO LA FUNCIÓN PRINCIPAL DEL DOMO INFERIOR, LA ELIMINACIÓN DE ESTOS, PARA EVITAR SE

DEPOSITEN

INCRUSTÁNDOLOS;

EN

LA

SUPERFICIE

QUE AL HACERLO,

INTERIOR

DE

LOS

TUBOS

ADEMAS DE BAJAR LA CAPACIDAD DE

TRANSMISIÓN DE CALOR EN LA CALDERA, PROVOCAN SOBRECALENTAMIENTOS QUE DEFORMAN EL TUBO Y POSTERIORMENTE AL DEBILITAR EL MATERIAL, LO ROMPEN. DE MODO QUE PARA MANTENER LA OPERACIÓN DE LA CALDERA EN UN GRADO DE SEGURIDAD ALTA, ES NECESARIA LA ELIMINACIÓN DE ESTOS LODOS,

HACIÉNDOSE

ESTA

EN

FORMA

PERIÓDICA,

POR

MEDIO

DE

LAS

VÁLVULAS COLOCADAS EN EL DOMO INFERIOR, LLAMADAS DE PURGA DE FONDO

O DE EXTRACCIÓN DE LA CALDERA. LA PRACTICA HA DEMOSTRADO QUE UNA VEZ POR GUARDIA ES MAS QUE SUFICIENTE PARA DESALOJAR LOS LODOS FORMADOS, ENTENDIÉNDOSE LO ANTERIOR, EN OPERACIÓN NORMAL, PUES EN OCASIONES ES NECESARIO PROGRAMAR PURGAS ADICIONALES. LA FORMA MAS ADECUADA

DE

HACER

LAS

EXTRACCIONES

DE

FONDO,

SERA

TRATADA

POSTERIORMENTE AL TRATARSE LO REFERENTE A DICHAS PURGAS.

3.5 PURGADO DE LA CALDERA. EL AGUA DE ALIMENTACIÓN DE LA CALDERA, CON INDEPENDENCIA DEL TIPO DE TRATAMIENTO USADO PARA PROCESAR EL REEMPLAZO, TODAVÍA CONTIENE CONCENTRACIONES MENSURABLES DE IMPUREZAS. LOS PRODUCTOS QUÍMICOS DEL TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA DE CALDERA CONTRIBUYEN TAMBIÉN AL NIVEL DE SOLIDOS EN EL AGUA DE CALDERA.

CUANDO SE GENERA VAPOR, SE DESCARGA DE LA CALDERA VAPOR DE LOS EN

AGUA

ESENCIALMENTE

PURO,

Y

ESTO

PERMITE

QUE

SOLIDOS INTRODUCIDOS EN EL AGUA DE ALIMENTACIÓN SE QUEDEN LOS

CIRCUITOS

DE

LA

CALDERA.

EL

RESULTADO

NETO

DE

QUE

CONTINUAMENTE SE AÑADAN IMPUREZAS Y SE SAQUE AGUA PURA ES UN AUMENTO ESTABLE EN EL NIVEL DE SOLIDOS DISUELTOS EN EL AGUA DE CALDERA.

EXISTE

UN

LÍMITE

PARA

LA

CONCENTRACIÓN

DE

CADA

COMPONENTE DEL AGUA DE CALDERA. PARA EVITAR QUE SE REBASEN ESTOS LIMITES DE CONCENTRACIÓN, SE SACA AGUA DE LA CALDERA COMO PURGA Y SE DESCARGA HACIA EL DESECHO. UNA

MANERA

DE

VER

EL

PURGADO

DE

LA

CALDERA

ES

CONSIDERARLO COMO UN PROCESO DE DILUCIÓN DE LOS S0LID05 DEL AGUA

DE CALDERA AL SACARLE AGUA DESDE EL SISTEMA A UNA VELOCIDAD QUE INDUCE UN FLUJO DE AGUA DE ALIMENTACIÓN HACIA LA CALDERA, EN EXCESO RESPECTO A LA DEMANDA DE VAPOR. EXISTEN DOS PUNTOS SEPARADOS PARA EL PURGADO EN CADA SISTEMA DE CALDERA. EN UNO SE ENCUENTRA EL FLUJO DE PURGADO QUE SE CONTROLA PARA REGULAR LOS SOLIDOS DISUELTOS U OTROS FACTORES EN EL AGUA DE CALDERA. EL OTRO ES UN PURGADO INTERMITENTE O DE MASA, QUE EN. GENERAL PROVIENE DEL TAMBOR DE LODOS O DE LOS CABEZALES DE LA PARED DE AGUA, Y EL QUE SE OPERA EN FORMA INTERMITENTE A UNA CARGA REDUCIDA PARA LIBERARLA DE LOS SOLIDOS SEDIMENTADOS ACUMULADOS EN LAS ÁREAS RELATIVAMENTE ESTANCADAS.

3.6 SOBRECALENTADORES EL CALOR APLICADO AL AGUA CONTENIDA EN UN RECIPIENTE CERRADO,

LA

TRANSFORMA

EN

VAPOR.

EN

TANTO

PERMANEZCA

CIERTA

CANTIDAD DE LIQUIDO EN EL RECIPIENTE, LA TEMPERATURA DEL AGUA Y LA DEL VAPOR PERMANECERÁN SUSTANCIALMENTE CONSTANTES, MANTENIÉNDOSE EL VAPOR EN ESTADO HÚMEDO, O SEA EN ESTADO DE SATURACIÓN. LA TEMPERATURA DEL VAPOR SERA DETERMINADA POR SU PRESIÓN. YA QUE PARA CADA

PRESIÓN

CORRESPONDIENTE.

DE

VAPOR

SATURADO

HAY

UNA

TEMPERATURA

LA CANTIDAD DE CALOR AGREGADA A DETERMINADA UNIDAD DE PESO DE AGUA, ES TAMBIÉN CONSTANTE PARA UNA PRESIÓN DADA DE VAPOR SATURADO. UNA VEZ QUE TODA EL AGUA SE HA EVAPORADO, O CUANDO EL VAPOR

SE

RETIRA

DEL

CONTACTO

CON

EL

LIQUIDO,

EL

SUMINISTRO

ADICIONAL DE CALOR AUMENTARA SU TEMPERATURA DE ACUERDO CON LAS LEYES QUE RIGEN PARA LOS GASES. LA PRODUCCIÓN DE VAPOR A TEMPERATURAS MAYORES QUE LA DE SATURACIÓN, RECIBE EL NOMBRE DE SOBRECALENTAMIENTO. LA TEMPERATURA AGREGADA SE LE LAMA GRADO DE SOBRECALENTAMIENTO. ESTO SE LOGRA CON LOS SOBRECALENTADORES DE LA CALDERA, QUE DE ACUERDO CON EL LUGAR QUE OCUPEN LA CALDERA PUEDE SER DE RADIACIÓN, CONVECCIÓN O UNA COMBINACIÓN DE AMBAS. LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR DEBEN TENER UN ENFRIAMIENTO ADECUADO,

PARA

EVITAR

SOBRECALENTAMIENTOS.

NECESITAN

UN

FLUJO

DE

VAPOR

RÁPIDO

PARA Y

LO

ANTERIOR

UNIFORMEMENTE

REPARTIDO. DICHA VELOCIDAD DEL VAPOR A TRAVÉS DE LOS TUBOS ESTA LIMITADA POR LA CAÍDA DE PRESIÓN ADMISIBLE.

LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR, ES UNA SERIE DE TUBOS DOBLADOS EN FORMA DE "U" O CON MAYOR NUMERO DE VUELTAS PARA AUMENTAR SU LONGITUD, CONECTADOS EN PARALELO ENTRE LOS CABEZALES DE ENTRADA Y SALIDA. GENERALMENTE DICHOS CABEZALES SON COLOCADOS FUERA DE LA CALDERA, LOS ELEMENTOS ESTÁN UNIDOS A LOS CABEZALES, POR MEDIO DE

SOLDADURA O POR MEDIO DE UNA CONEXIÓN ESFÉRICA QUE LA MANTIENE UNIDA AL MISMO. PARA

UNA

UNIDAD

DISEÑADA

PARA

ALTA

TEMPERATURA

DE

VAPOR

(APROXIMADAMENTE 900 °F O 482 °C), SE REQUIERE CONTROL INTERMEDIO DE TEMPERATURA SI EL COMBUSTIBLE PRINCIPAL ES PETRÓLEO Y EL SECUNDARIO DE GAS, AUNQUE LA CARACTERÍSTICA DE TEMPERATURA DE VAPOR ES LA MISMA PARA AMBOS COMBUSTIBLES. LA TEMPERATURA DEL VAPOR SERA APROXIMADAMENTE 50 °F (10 °C) MAYOR CON GAS QUE CON PETRÓLEO SI NO SE USA EL CONTROLADOR DE TEMPERATURA. EN ESTE RANGO DE TEMPERATURA, SIN EMBARGO, EL COSTO EXTRA DEL

CONTROL

DE

TEMPERATURA

INTERMEDIO

SE

PAGA

POR

LO

MENOS

PARCIALMENTE, ESTO POR LA REDUCCIÓN DE LA CANTIDAD Y/O LA CALIDAD DE

LA

FLUXERIA

SOBRECALENTADOR.

DE

ALEACIÓN

REQUERIDA

EN

LOS

ELEMENTOS

DEL

CUANDO

LA

DISPONIBILIDAD

DE

COMBUSTIBLE

ES

GAS

COMO

PRINCIPAL, EL CONTROLADOR DE TEMPERATURA NO SIEMPRE SE JUSTIFICA, ESPECIALMENTE CUANDO EL COMBUSTIBLE SECUNDARIO ES PETRÓLEO, Y SE USA MUY INFRECUENTEMENTE; POR LO QUE LA REDUCCIÓN DE EFICIENCIA DE LA PLANTA GENERADORA PODRÍA TOLERARSE POR PERIODOS CORTOS. PARA CALDERAS DISEÑADAS PARA COMBUSTIBLES DE BAJO PODER CALORÍFICO COMO CO, Y QUE ADEMAS DEBE SER CAPAZ DE GENERAR A PLENA CARGA CON PETRÓLEO O GAS, EL CONTROL DE TEMPERATURA RARA VEZ SE JUSTIFICA;

EN

ESTE

CASO

DEBE

SELECCIONARSE

S08RECALENTAD0R TEMPERATURA

DEL

VAPOR,

LA

CALIDAD

DEBIDO

A

PARA QUE

DE

ACERO

LA

USADO

CONDICIÓN

LAS

EN

DE

EL

MAYOR

COMBINACIONES

DE

COMBUSTIBLE NO ES CRITICA PARA LA OPERACIÓN DE LA PLANTA. EN EL SOBRECALENTADOR, LA ABSORCIÓN DE CALOR ES UNIFORME EN TODA LA ALTURA DEL ELEMENTO. CUALQUIER CANTIDAD DE CONDENSADO QUE LLEGARA A ACUMULARSE EN ALGUNOS DE LOS RETORNOS TIPO "U" DEL ELEMENTO,

SE

EVAPORA

ENFRIAMIENTO

DEL

RÁPIDAMENTE

METAL

A

LA

PERMITIENDO

TEMPERATURA

EL

FLUJO

ADECUADA;

Y

Y

EL COMO

PROTECCIÓN ADICIONAL, PUEDEN INSTALARSE TERMOPAREDES EN ALGUNOS DE LOS ELEMENTOS. ESTO PERMITE A LOS OPERADORES AJUSTAR LA COMBUSTIÓN Y EL VENTEO DEL VAPOR PARA DEJAR LA UNIDAD EN LINEA EN UN MÍNIMO DE TIEMPO EN CONDICIONES DE SEGURIDAD. LOS ELEMENTOS SE SOPORTAN DE LOS CABEZALES QUE ESTÁN LOCALIZADOS

FUERA

DEL

HORNO.

PARA

MANTENER

ALINEADOS

LOS

ELEMENTOS, SE UTILIZAN ESPACIADORES ENFRIADOS POR VAPOR SATURADO, DE TAL FORMA QUE SE EVITA TODA CANALIZACIÓN DE FLUJO DE GASES, LO CUAL PRODUCE ABSORCIÓN DESIGUAL DE CALOR EN LOS ELEMENTOS.

LOS ELEMENTOS TIENEN LA SUFICIENTE SEPARACIÓN ENTRE SI QUE EVITAN LA ACUMULACIÓN DE DEPÓSITOS.

3.6 CONTROL DE TEMPERATURA DE VAPOR.

LA TEMPERATURA DE VAPOR SOBRECALENTADO DEBE CONTROLARSE ENTRE OTRAS RAZONES, PORQUE UN SOBRECALENTAMIENTO EXCESIVO PUEDE DAÑAR

EL

SOBRECALENTADOR

Y

PORQUE

SU

VARIACIÓN

AFECTA

EL

RENDIMIENTO DEL GENERADOR DE VAPOR; PARA ESTO ULTIMO SE ESTIMA QUE UN CAMBIO DE TEMPERATURA DE 5.5 °C (10 °F) AFECTA EN UN 0.25% LA EFICIENCIA MENCIONADA. VARIABLES

QUE

AFECTAN

LA

TEMPERATURA

DE

VAPOR: % DE

CARGA, EXCESO DE AIRE, TEMPERATURA DEL AGUA DE' ALIMENTACIÓN, LIMPIEZA EN EL LADO DE GASES DEL GENERADOR, USO DE VAPOR PARA EQUIPO AUXILIAR, OPERACIÓN DE LOS QUEMADORES, CARACTERÍSTICA DE LOS COMBUSTIBLES, ETC. LA TEMPERATURA DE VAPOR SE PUEDE "AJUSTAR" O CONTROLAR”. PARA

AJUSTARLOS

SE

PUEDE:

QUITAR

O

PONER

ELEMENTOS

(TUBOS) AL SOBRECALENTADOR, VARIAR LAS DIMENSIONES DE LAS MAMPARAS FRENTE A LOS TUBOS

Y CAMBIAR LA

VELOCIDAD DE FLUJO A TRAVÉS DEL

MISMO SOBRECALENTADOR. PARA TODO ELLO SE DEBEN HACER PREVISIONES

EN EL DISEÑO DEL GENERADOR Y LOS CAMBIOS DE CUALQUIER MODO SE HACEN CON LA UNIDAD FUERA DE SERVICIO.

PARA CONTROLAR LA TEMPERATURA DE VAPOR HAY VARIOS MODOS, PERO ANTES DEBE CONSIDERARSE ALGO TAMBIÉN IMPORTANTE:

INDEPENDIENTEMENTE DEL TIPO DE CONTROL, "EL SOPLADO" DE LA UNIDAD DEBERÁ HACERSE CON LA REGULARIDAD REQUERIDA PARA EVITAR CAMBIOS INNECESARIOS EN LAS CONDICIONES DE TRABAJO. LOS MÉTODOS O MEDIOS DE CONTROL SON: a) LA VARIACIÓN DEL EXCESO DE AIRE. h) LA RECIRCULACIÓN DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. i) EL USO DE QUEMADORES MÓVILES. j) LA DERIVACIÓN (BY-PASS) DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. a)

LA

SELECCIÓN

DEL

NUMERO Y POSICIÓN DE LOS QUEMADORES f)

EN

OPERACIÓN

EL

SISTEMA

ATEMPERADOR.

LOS PRIMEROS CINCO MODOS SE BASAN EN LAS VARIACIONES DE LA CANTIDAD DE CALOR ABSORBIDO POR LOS SOBRECALENTADORES, EL MODO OCHO

SE

BASA

EN

LA

REDUCCIÓN

DE

LA

TEMPERATURA

DEL

VAPOR.

FINALMENTE SE TRATARA EL TEMA DE LOS ATEMPERADORES. ESTOS SE PUEDEN CLASIFICAR DE LA SIGUIENTE MANERA: ATEMPERADORES

1.- DE SUPERFICIE e) DE CAMBIADOR DE CALOR EXTERNO, f) DE CAMBIADOR DE CALOR DE DOMO.

2.- DE CONTACTO DIRECTO. EL ATEMPERADOR DE CONTACTO DIRECTO UTILIZA UN ROCIADOR QUE MEZCLA AGUA QUÍMICAMENTE PURA CON EL VAPOR GENERADO MODIFICANDO ASI SU TEMPERATURA. EL AGUA DE ROCÍO SE CONTROLA CON UNA VÁLVULA DE TIPO ESPECIAL. CUANDO

SE

HABLA

DE

ATEMPERACIÓN

DEBE

CONSIDERARSE

QUE ESTA PUEDE HACERSE EN TRES DIFERENTES LUGARES: 1) A LA SALIDA DE DOMO DE VAPOR. 6) ENTRE EL PRIMERO Y SEGUNDO PASO DEL SOBRECALENTADOR. 7) A LA SALIDA DEL SOBRECALENTADOR. TAMBIÉN ES IMPORTANTE CONSIDERAR QUE LA PUREZA DEL AGUA INFLUYE EN EL BUEN COMPORTAMIENTO DE UN ATEMPERADOR DE CONTACTO DIRECTO. LA MÁXIMA CONCENTRACIÓN DE SOLIDOS TOLERABLE EN ESTOS CASOS ES DE 2.5 PPM. 3.7 AUXILIARES DEL CIRCUITO AGUA-VAPOR.

1).-

VÁLVULAS

DE

SEGURIDAD

DE

LA

CALDERA.

ES

ABSOLUTAMENTE

NECESARIO DOTAR A LA CALDERA DE UN DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN QUE PREVENGA EL AUMENTO DE PRESIÓN MAS ALLÁ DE LA DE DISEÑO, CON LO CUAL NO SOLAMENTE SE PROTEGE

LA CALDERA SINO TODO

EL EQUIPO AL QUE ESTE ALIMENTANDO.

ESTE DISPOSITIVO NO ES OTRA COSA QUE

LA

VÁLVULA DE SEGURIDAD DE

LA CALDERA, DEPENDIENDO DE LA CAPACIDAD DE LA MISMA, ES EL NUMERO DE ESTAS QUE NECESITA. VAN COLOCADAS EN EL DOMO SUPERIOR Y EN EL SOBRECALENTADOR,

SIENDO

LA

OPERACIÓN

DE

ESTAS

ESCALONADA,

INICIÁNDOSE CON LA VÁLVULA DEL SOBRECALENTADOR, PARA GARANTIZAR QUE SIEMPRE HAYA FLUJO DE VAPOR A TRAVÉS DE LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR, EL CUAL SIRVE COMO MEDIO DE ENFRIAMIENTO DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR, EN CASO DE NO ABRIR LA VÁLVULA DE SEGURIDAD DEL DOMO O DE SER NECESARIO ABRIRÁN A CONTINUACIÓN LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD DEL DOMO EN EL ORDEN EN QUE SE ENCUENTREN CALIBRADAS.

VENTEOS DE LA CALDERA. EN LA CALDERA SE ENCUENTRAN COLOCADOS VENTEOS TANTO EN EL SOBRECALENTADOR COMO EN EL DOMO, EL VENTEO DEL SOBRECALENTADOR SE EMPLEA DURANTE EL ENCENDIDO DE UNA CALDERA PARA ASEGURAR UN FLUJO MÍNIMO DE VAPOR QUE SIRVA COMO ENFRIAMIENTO DE LOS TUBOS DEL MISMO, CERRÁNDOSE CUANDO LA CALDERA ALCANZA UNA CARGA DE UN 30 % DE SU CARGA DE OPERACIÓN NORMAL, ESTE VENTEO TAMBIÉN SE HABRÉ DURANTE EL DISPARO DE UNA CALDERA CON EL FIN ASEGURAR PASO DE VAPOR A TRAVÉS DE LOS TUBOS DEL SOBRECALENTADOR

Y EVITAR

ASI

DAÑOS A LOS TUBOS

DEL MISMO Y DURANTE EL PARO DE

UNA CALDERA NOS PERMITEN DEPRESIONARLA. EN EL DOMO SE ENCUENTRAN LOCALIZADOS GENERALMENTE DOS O MAS VENTEOS, LA FUNCIÓN DE ESTOS VENTEOS ES LA DE PERMITIR DESALOJAR EL AIRE QUE SE ENCUENTRE EN EL DOMO DURANTE EL ENCENDIDO DE LA CALDERA, CERRÁNDOSE, CUANDO EN LA CALDERA SE TENGA ENTRE 5 A 9 Kg/cm2, DURANTE EL PARO DE UNA CALDERA SE EMPLEAN PARA DEPRESIONAR LA CALDERA. EN ALGUNOS SOBRECALENTADORES SE TIENEN DRENES O PURGAS LA FUNCIÓN DE ESTOS DRENES ES LA DESALOJAR EL CONDENSAD© O AIRE QUE SE ENCUENTRE ALOJADO EN LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR, DURANTE EL ENCENDIDO DE LA CALDERA, CERRÁNDOSE CUANDO A TRAVÉS DE ELLOS SALE VAPOR

SECO,

EN

ALGUNAS

CALDERAS

EL

DREN

QUE

SE

ENCUENTRA

LOCALIZADO EN EL CABEZAL DE SALIDA DEL SOBRECALENTADOR SE EMPLEA EN SUSTITUCIÓN DEL VENTEO DEL SOBRECALENTADOR PARA ASEGURAR EL PASO DE VAPOR A TRAVÉS DE LOS ELEMENTOS DEL SOBRECALENTADOR Y PERMITIR SU ENFRIAMIENTO, CUANDO EL DREN PERMITE EL PASO DE LA CANTIDAD SUFICIENTE DE VAPOR Y ES DE MAS FÁCIL ACCESO QUE EL VENTEO, EN ESTOS CASOS SE CIERRA EL VENTEO CUANDO LA CALDERA ALCANZA SU PRESIÓN DE OPERACIÓN, CERRÁNDOSE EL DREN, CUANDO LA CALDERA ESTA GENERANDO UN 30% DE SU CARGA NORMAL. 4.0 COMPONENTES DEL CIRCUITO AIRE-GASES. EN ESTE CAPITULO ANALIZAREMOS EL FUNCIONAMIENTO DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DEL CIRCUITO AIRE-GASES CON LA INTENCIÓN DE QUE

SE

DISPONGA

DE

UNA

IDEA

MAS

CLARA

DE

LA

FORMA

EN

QUE

INTERVIENEN CADA UNO DE ESTOS, EN LA OPERACIÓN DEL CIRCUITO AIREGASES. 4.1 T I R O S . PARA MANTENER LA COMBUSTIÓN ES INDISPENSABLE SUMINISTRAR AIRE Y SACAR LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN. EL FLUJO DE LOS ' GASES ES ORIGINADO POR LA DIFERENCIA DE PRESIÓN ENTRE EL HOGAR Y EL PUNTO DE ESCAPE DE LOS GASES DE LA CALDERA, O SEA EL TIRO; ESTE SE PUEDE CONSEGUIR POR MEDIOS NATURALES O MECÁNICOS. EN EL PRIMER CASO EL FLUJO DE AIRE SE LLEVA A CABO, PORQUE EL PESO DEL AIRE CALIENTE ALOJADO EN LA CHIMENEA, ES MENOR QUE EL QUE ENTRA A EL HOGAR, PRODUCIÉNDOSE POR ESTO EL TIRO, LLAMADO NATURAL, PORQUE NO INTERVIENE NINGÚN MEDIO MECÁNICO PARA TAL FIN. ESTE TIPO DE TIRO SE EMPLEA GENERALMENTE EN CALDERAS DE MUY BAJA CAPACIDAD. EN

UNIDADES

INDUSTRIALES,

COMO

EN

NUESTRO

CASO

EN

PARTICULAR, KL TIRO SE HACE POR MEDIO MECÁNICOS, O SEAN LOS VENTILADORES, CON LOS CUALES SE ESTABLECE EL FLUJO DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN Y GASES, PRODUCTO DE LA MISMA. EXISTEN DOS CLASES DE TIRO MECÁNICO;

EL TIRO FORZADO Y EL

TIRO INDUCIDO. 4.1.1 TIRO FORZADO. EL

TRABAJO

REDUCE LA

DEL

TIRO

A SUMINISTRAR

COMBUSTIÓN,

SIENDO

FORZAD

EL

AIRE

BÁSICAMENTE NECESARIO

SE PARA

LA PRESIÓN DE ESTE POSITIVA,

TERMINANDO EN LA CAJA DE AIRE. EN SU RECORRIDO A ESTA, EL

AIRE

DESCARGADO

POR

PRECALENTADOR DE

EL

VENTILADOR

AIRE DE

LA

ES

PASADO

POR

EL

UNIDAD GENERADORA CON EL

FIN DE CAMBIAR CALOR CON LOS GASES CALIENTES PRODUCTO DE LA

COMBUSTIÓN,

LLEGANDO

DE

ESTA

PRECALENTAMIENTO A LOS QUEMADORES. ADEMAS DEL PRECALENTADOR ANTES PRECALENTADORES UNA

SERIE DE

POR LOS VAPOR

CON TUBOS

QUE SE PASA

DE

ESCAPE,

Y

EN FORMA DE

EXTERIOR

EVITAR QUE BAJE LA TEMPERATURA

Y

DE ROCÍO,

PRECALENTADOR.

4.1.2 TIRO INDUCIDO.

COSA QUE

EL

CORRIENTE DE AIRE

DE

LA

ANTERIOR, ES LA DE DE LOS

OCASIONANDO CON

LA CONSIGUIENTE

UNOS

HORQUILLA Y ALETADOS,

INTERIORMENTE UNA EL

UN

EN DICHAS UNIDADES,

VAPOR QUE NO SON OTRA

POR

CON

MENCIONADO POSEE,

COMBUSTIÓN. LA FINALIDAD DE LO

A LA

MANERA

CORROSIÓN

GASES DE ESCAPE

ELLO,

CONDENSACIÓN.

DE

LOS TUBOS DEL

EL TRABAJO DEL TIRO INDUCIDO, ES LA DE SACAR LOS GASES, PRODUCTO DE LA COMBUSTIÓN, Y HACERLOS PASAR A TRAVÉS DE TODA LA CALDERA, PARA QUE EL CICLO DE LA TRASMISIÓN DE CALOR SE CUMPLA, EN ESTE CASO, LA PRESIÓN DENTRO DEL HOGAR, ES NEGATIVA. EL VENTILADOR DEL TIRO INDUCIDO ESTA EXPUESTO A ELEVADAS TEMPERATURAS Y LOS DAROS QUE LE PUEDEN CAUSAR EL HOLLÍN, ESTE ES DE MAYOR TAMAÑO QUE EL TIRO FORZADO, PUESTO OUE ADEMAS DE SACAR EL AIRE INTRODUCIDO POR EL FORZADO, HACE LO MISMO CON LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN, QUE CON EL CALOR HAN AUMENTADO DE VOLUMEN. ESTE DISEÑO DE CALDERAS QUE USA LOS DOS TIPOS DE TIROS SE LLAMA DE TIRO BALANCEADO. SE LLAMAN CALDERAS DE HOGAR A PRESIÓN, AQUELLAS EN QUE TODO EL TRABAJO PARA EL SUMINISTRO DE AIRE DE LA COMBUSTIÓN Y SU ESCAPE LO HACE EL VENTILADOR DEL TIRO FORZADO, EN ESTE CASO, SE PRESTA HUCHA ATENCIÓN EN EL DISEÑO DEL HOGAR, LA CALDERA DEBERÁ MANTENERSE

HERMÉTICA

CON

RESPECTO

AL

EXTERIOR,

YA

QUE,

LAS

PRESIONES DENTRO DE ESTA (HOGAR, PASOS DE GASES) SON LIGERAMENTE MAYORES QUE LA ATMOSFÉRICA. HAY UN TIPO ESPECIAL DE CALDERAS QUE OCUPAN AMBOS TIROS, ES DECIR EL TIRO FORZADO Y EL TIRO INDUCIDO, A ESTE TIPO DE CALDERAS

SE

LES

CONOCE

COMO

CALDERAS

DE

TIRO

BALANCEADO

O

EQUILIBRADO, EN ESTE TIPO DE CALDERAS LA PRESIÓN QUE SE DEBE MANTENER EN EL HOGAR ES CERO O LIGERAMENTE ABAJO DE CERO. SE LLAMAN CALDERAS DE HOGAR A PRESIÓN, AQUELLAS EN QUE TODO EL TRABAJO PARA EL SUMINISTRO DE AIRE DE LA COMBUSTIÓN Y SU

ESCAPE LO HACE EL VENTILADOR DEL TIRO FORZADO, EN ESTE CASO SE PRESTA MUCHA ATENCIÓN EN EL DISEÑO DEL HOGAR, COMO EN CAPÍTULOS ANTERIORES SE VIO, ÚNICAMENTE AGREGAREMOS QUE LA CALDERA DEBERÁ MANTENERSE

HERMÉTICA

CON

RESPECTO

AL

EXTERIOR,

YA

QUE,

LAS

PRESIONES DENTRO DE ESTA (HOGAR, PASOS DE GASES) SON LIGERAMENTE MAYORES QUE LA ATMOSFÉRICA. 4.2 SERVOMOTORES Y COMPUERTAS DE LOS VENTILADORES. LAS COMPUERTAS EN UN VENTILADOR SE EMPLEAN TANTO EN LA SUCCIÓN COMO EN LA DESCARGA Y NOS PERMITEN REGULAR EL FLUJO DE AIRE DE COMBUSTIÓN QUE DESCARGAN LOS VENTILADORES, REGULANDO SU ABERTURA EN FUNCIÓN DEL FLUJO DE AIRE QUE SE DESEA MANEJAR, PARA ACTUAR ESTAS COMPUERTAS SE DISPONE CON UN EQUIPO QUE SE CONOCE COMO SERVOMOTOR, SE DISPONE DE UN SERVOMOTOR TANTO EN LA SUCCIÓN COMO EN LA DESCARGA, ESTOS EQUIPOS SE PUEDEN OPERAR MANUALMENTE EN CAMPO, O BIEN EN FORMA AUTOMÁTICA DESDE TABLERO.

4.3 DOCTOS DE AIRE Y GASES. ESTOS DUCTOS O CANALES SE EMPLEAN PARA TRANSPORTAR EL AIRE DE COMBUSTIÓN HACIA LA CAJA DE AIRE PASANDO ANTES POR LOS CALENTANDORES DE AIRE; SE TIENE TAMBIÉN UN DOCTO O CANAL PARA DIRIGIR

LOS

GASES

DE

COMBUSTIÓN QUE

SE LIBERAN

EN

EL

HOGAR

A CONSECUENCIA DE LA COMBUSTIÓN HACIA SU SALIDA DE LA CALDERA A TRAVÉS DE LA CHIMENEA, OBLIGÁNDOLOS A PASAR ANTES DE SALIR A TRAVÉS DEL PRECALENTADOR DE AIRE LJUNGSTROM, SI LA CALDERA DISPONE DE ESTE TIPO DE CALENTADOR.

4.4 PRECALENTADORES DE AIRE. PARA APROVECHAR LA MAYOR CANTIDAD DE CALOR DE LOS GASES DE LA COMBUSTIÓN, SE ACOSTUMBRA INSTALAR EQUIPO DE RECUPERACIÓN, EN DONDE QUIERA QUE LOS AHORROS EN LA OPERACIÓN DE LA CALDERA PROMETEN LA JUSTIFICACIÓN DE LOS COSTOS DE SU INSTALACIÓN. EN ESTE EQUIPO

QUE

FORMA

PARTE

DEL

TOTAL

DEL

SISTEMA

DE

UNA

UNIDAD

GENERADORA DE VAPOR, SE UTILIZAN LOS GASES DE LA COMBUSTIÓN Y FUNCIONA COMO UN CALENTADOR DE AIRE, CUANDO SE CALIENTA EL AIRE PARA COMBUSTIÓN. EL PRECALENTADOR DE AIRE ES UN APARATO DE INTERCAMBIO DE CALOR, A TRAVÉS DEL CUAL SE PASA EL AIRE QUE ES CALENTADO POR MEDIOS CUYA TEMPERATURA ES MAYOR, TALES COMO LOS PRODUCTOS QUE PROCEDEN DE LA COMBUSTIÓN O POR MEDIO DE VAPOR. SE LE UTILIZA PARA LA RECUPERACIÓN DE CALOR DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN GENERADOR DE VAPOR. ESTE CALOR RECUPERADO SE AGREGA AL AIRE REQUERIDO PARA LA COMBUSTIÓN Y AUMENTAR ASI SU EFICIENCIA. EL PRECALENTADOR DE AIRE SE COMPONE PRINCIPALMENTE, DE UNA SUPERFICIE DE INTERCAMBIO DE CALOR INSTALADA EN EL SENTIDO DE LOS PASOS DE LOS GASES DE ESCAPE DE LA CALDERA. ENTRE ESTA Y LA CHIMENEA. EL AIRE PARA LA COMBUSTIÓN ES CALENTADO POR LOS GASES AL PASAR POR LA ZONA PREVIAMENTE CALENTADA POR LOS GASES CALIENTES ABSORBIENDO EL CALOR EN ESTA ZONA Y ELEVANDO SU TEMPERATURA.

EL

PRECALENTADOR DE

AIRE

HAS

UTILIZADO ACTUALMENTE EN

LAS CALDERAS ES EL PRECALENTADOR TIPO REGENERATIVO O JLUNGSTROM, EL CUAL CONSISTE BÁSICAMENTE EN UN TAMBOR QUE GIRA CONSTANTEMENTE FORMADO POR VARIAS: SECCIONES O CANASTAS, LAS CUALES. SE COLOCAN ALTERNATIVAMENTE

EN

EL

DUCTO

DE

GASES

CALIENTES,

PARA

SER

CALENTADAS Y AL GIRAR SE COLOCAN EN EL DUCTO DE PASO DE AIRE FRIÓ EL

CUAL

AL ENTRAR

EN

CONTACTO

CON

LAS

CANASTAS;

PREVIAMENTE

CALENTADAS POR LOS GASES SE ELEVA SU TEMPERATURA ESTE PROCESO SE REPITE CONTINUAMENTE AL ESTAR OPERANDO EL PRECALENTADOR.

4.4.1

PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR.

OTRO TIPO DE CALENTADOR DE AIRE QUE SE EMPLEA ES EL PRECALENTADOR DE AIRE CON VAPOR, EL CUAL CONSISTE BÁSICAMENTE EN UNA

SERIE

DE

TUBOS

ALETADOS POR CUYO INTERIOR SE

HACE

CIRCULAR VAPOR DE BAJA PRESIÓN EL CUAL SE EMPLEA COMO MEDIO DE CALENTAMIENTO.

EL AIRE

CIRCULA

POR

EL EXTERIOR

DE

LOS

TUBOS

CALENTÁNDOSE AL ENTRAR EN CONTACTO CON LA SUPERFICIE CALIENTE DE LOS TUBOS, ESTE CALENTADOR SE COLOCA ANTES DE ENTRAR EL AIRE AL PRECALENTADOR JLUNGSTROM Y TIENE COMO FUNCIÓN LA DE CONTROLAR LA TEMPERATURA DE LOS GASES QUE SE DESCARGAN A TRAVÉS DE LA CHIMENEA POR ARRIBA DEL PUNTO DE ROCÍO DEL ACIDO SULFÚRICO, PARA EVITAR QUE ESTE

SE

FORME

Y

CONDENSE

SOBRE

LA

SUPERFICIE,

METÁLICAS

DEL

PRECALENTADOR DE AIRE JLUNGSTROM PUDIENDO LLEGAR A CORROERLAS Y EN CONSECUENCIA DESTRUIRLAS.

4.5

CAJA DE AIRE. DESPUÉS DE ATRAVESAR POR EL PRECALENTADOR DE AIRE, EL

AIRE PRECALENTADO PASA A TRAVÉS DE UN DUCTO QUE LO CONDUCE A LA CAJA DE AIRE. LA CAJA DE AIRE TIENE LA FUNCIÓN DE SERVIR COMO UN RECIPIENTE PARA ALMACENAR AIRE, EL CUAL POSTERIORMENTE SE REPARTE A CADA QUEMADOR QUE CONFORMA LA CALDERA A UNA PRESIÓN HOMOGÉNEA A CADA UNO DE ELLOS, LO CUAL PERMITE TENER UN CONTROL DEL FLUJO DE AIRE DE COMBUSTIÓN A CADA QUEMADOR Y OBTENER EN ESTA FORMA UNA FLAMA ESTABLE EN CADA UNO DE ELLOS.

4.6 HOGAR. ES EL LUGAR DE LA CALDERA, DONDE SE LLEVA A CABO LA COMBUSTIÓN DEL COMBUSTIBLE, EL CUAL AL QUEMARSE LIBERA LA ENERGÍA CONTENIDA EN EL, EN FORMA DE CALOR, PARA TRANSMITIRLA A TODAS LAS SUPERFICIES EXPUESTAS A EL. PARA QUE EXISTA TRASMISIÓN DE CALOR ES NECESARIO TENER UNA

DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE LOS MEDIOS QUE LA VAN A

PRODUCIR YA SEA DE UN CUERPO A OTRO DE UNA SUBSTANCIA A OTRA. ESTA PUEDE SER DE TRES FORMAS DIFERENTES, ENUMERADAS A CONTINUACIÓN: 1). RADIACIÓN. 2). CONDUCCIÓN. 3). CONVECCIÓN,

1). EL PRIMER CASO ES EL QUE SE PRESENTA EN EL HOGAR DE LA CALDERA, EN EL QUE TODOS LOS TUBOS QUE LO FORMAN ESTÁN EXPUESTOS A LA FLAMAS, RECIBIENDO TODO EL CALOR, POR RADIACIÓN. 2). LA TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN, ES LA QUE SE PRESENTA AL TENER DOS CUERPOS EN CONTACTO O EN NUESTRO CASO EN PARTICULAR, EL CALOR QUE RECIBE EL TUBO Y LO TRANSMITE A TRAVÉS DE LA PARED DEL MISMO AL AGUA QUE CIRCULA DENTRO DE ESTE PARA CALENTARLA Y EVAPORARLA, POSTERIORMENTE. 3). POR CONVECCIÓN SE ENTIENDE EL CALOR QUE RECIBE DIRECTAMENTE DE LOS GASES PRODUCTO DE LA COMBUSTIÓN QUE EN SU RECORRIDO HACIA LA CHIMENEA TRASMITEN SU CALOR, ENTENDIÉNDOSE POR ZONA DE CONVECCIÓN AQUELLA QUE NO ESTA EXPUESTA A RADIACIÓN DIRECTA, EN NUESTRO CASO SERA LA FORMADA POR LOS PASOS DE GASES DE LA CALDERA, APROVECHANDO LA CIRCULACIÓN DE ESTA EN LA CALDERA. EN UN GENERADOR DE VAPOR SE TIENEN PRESENTES ESTAS TRES FORMAS DE TRASMISIÓN DE CALOR COMO ANTERIORMENTE SE EXPLICÓ. LAS PAREDES DEL HOGAR PUEDEN SER DE REFRACTARIO MACIZO, REFRACTARIO COLGANTE Y DE CAMISA DE AGUA. LAS PAREDES DE REFRACTARIO MACIZO SE EMPLEAN EN CALDERAS DE POCA PRODUCCIÓN DE VAPOR; ESTAS PAREDES TIENEN UN LIMITE DE TRABAJO MÁXIMO, QUE ES DETERMINADO POR LA DEFORMACIÓN DEL LADRILLO REFRACTARIO- LA DEFORMACIÓN ES CAUSADA POR EL PESO Y LA TEMPERATURA. LAS PAREDES DE REFRACTARIO COLGANTE DESCANSAN SOBRE ARMAZONES DE HIERRO; LA

LA ESTRUCTURA ES REFRIGERADA POR AIRE QUE PASA

ENVOLVENTE METÁLICA Y LA PARED DE LADRILLO; EL AIRE

ENTRE

DESPUÉS

DE

EMPLEARSE PARA REFRIGERAN, SE UTILIZA PARA LA. COMBUSTIÓN POR

HABER OBTENIDO CALOR. POR ULTIMO, TENEMOS LAS PAREDES DE CAMISAS DE AGUA, QUE CONSISTEN EN UNA HILERA CONTINUA DE TUBOS, UNIDOS A LA PARED DE LADRILLO REFRACTARIO; POR EL INTERIOR DE LOS TUBOS CIRCULA EL AGUA DE LA CALDERA, ESTOS TUBOS FORMAN PARTE DE LOS TUBOS ASCENDENTES O EBULLIDORES DE LA CALDERA. EL PROCESO DE LA COMBUSTIÓN.

5.0. FUNDAMENTOS. LA FUENTE BÁSICA DE ENERGÍA EN LAS OPERACIONES DE CUALQUIER REFINERÍA

ES

LA

ENERGÍA

QUÍMICA

CONTENIDA

EN

LOS

COMBUSTIBLES, LA CUAL ES LIBERADA EN FORMA DE CALOR DURANTE LA COMBUSTIÓN DE DICHOS COMBUSTIBLES. LA COMBUSTIÓN ES UNA RÁPIDA REACCIÓN QUÍMICA EN LA CUAL EL COMBUSTIBLE SE COMBINA CON EL OXIGENO Y SE LIBERA GRAN CANTIDAD DE GASES CALIENTES,

CALOR Y LUZ.

LA MAYORÍA DE LOS COMBUSTIBLES ESTÁN COMPUESTOS DE DOS DIFERENTES

TIPOS

DE

ÁTOMOS:

ÁTOMOS

DE

CARBONO

Y

ÁTOMOS

DE

HIDROGENO, LOS CUALES ESTÁN UNIDOS FUERTEMENTE FORMANDO MOLÉCULAS DE HIDROCARBUROS. POR EJEMPLO, EL METANO, CUYA FORMULA QUÍMICA ES CH4, ESTA FORMADO POR UN ÁTOMO DE CARBONO (C) Y CUATRO ÁTOMOS DE HIDROGENO (H4). LA FORMULA QUÍMICA DE UNA SUBSTANCIA NOS DICE CUANTOS ÁTOMOS DE CADA ELEMENTO ESTÁN COMBINADOS PARA FORMAR UNA MOLÉCULA DE ESA SUBSTANCIA.

ASI POR EJEMPLO, C2H6, QUE ES LA FORMULA QUÍMICA DEL ETANO NOS DICE QUE SU MOLÉCULA ESTA FORMADA POR DOS ÁTOMOS DE CARBONO Y SEIS DE HIDROGENO.

5.1 REACCIONES BÁSICAS DE LA COMBUSTIÓN. LA

COMPLETA

Y

PERFECTA

COMBUSTIÓN DE

UN

HIDROCARBURO

PRODUCE DOS PRODUCTOS: BIÓXIDO DE CARBONO (C02) Y AGUA (H20); PARA QUE

LA

COMBUSTIÓN

SEA

PERFECTA

SE

REQUIERE

UNA

CANTIDAD PRECISA DE OXÍGENO. EN LA COMBUSTIÓN DEL CARBONO PURO, EL OXIGENO REACCIONA CON EL FORMANDO BIÓXIDO DE CARBONO (C02) EN RELACIÓN DE 1 DE CARBÓN POR 2 DE OXIGENO:

c

+

o2 ------> CARBONO

CO2 OXIGENO

BIÓXIDO DE CARBONO

EN LA COMBUSTIÓN DEL HIDROGENO PURO EL OXIGENO REACCIONA CON EL FORMANDO AGUA (H20) EN RELACIÓN DE 2 DE HIDROGENO POR 1 DE OXIGENO:

H2

+

HIDROGENO

1/2 02 ------ —> H20 OXIGENO

AGUA

LOS HIDROCARBUROS SON COMBINACIONES

DEL

HIDROGENO Y DEL

CARBONO; ASI, PARA SU COMPLETA Y PERFECTA COMBUSTIÓN REQUIEREN DE UNA CANTIDAD ADECUADA DE OXIGENO PARA QUE TODO EL CARBONO SE

TRANSFORME A C02 Y TODO EL HIDROGENO A H20. POR EJEMPLO, LA COMBUSTIÓN DEL ETANO: CH4

+

202

METANO

-> OXIGENO

C02

+

BIÓXIDO DE

2H20 AGUA

CARBONO 5.2 REACCIONES BÁSICAS DE LA COMBUSTIÓN. SE CONOCE COMO PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN A AQUELLAS SUSTANCIAS QUE SE OBTIENEN COMO RESULTADO DE LA COMBUSTIÓN. LOS PRODUCTOS DE UNA COMBUSTIÓN SON TRES PRINCIPALMENTE: 7. EL CALOR QUE SE LIBERA. 8. LA FLAMA O LUZ. 9. LOS GASES PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN.

LOS GASES DE COMBUSTIÓN QUE SE LIBERAN O SE OBTIENEN COMO RESULTADO DE UNA COMBUSTIÓN SON PRINCIPALMENTE: BIÓXIDO DE CARBONO (C02), VAPOR DE AGUA (H20), MONOXIDO DE CARBONO (CO), ÓXIDOS DE AZUFRE Y ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOx). LA PRESENCIA DE CADA UNO DE ESTOS GASES EN LOS GASES DE COMBUSTIÓN DEPENDE DE LA EFICIENCIA DE LA

COMBUSTIÓN,

DEL

TIPO

DE

COMBUSTIBLE

USADO

Y

DEL

TIPO

DE

CONTAMINANTES QUE CONTENGA EL COMBUSTIBLE.

5.3 OXIGENO O AIRE TEÓRICO. SE CONOCE COMO OXIGENO O AIRE TEÓRICO A LA CANTIDAD EXACTA QUE SE DEBE TENER DE OXIGENO O AIRE PARA QUE TODO EL COMBUSTIBLE SE QUEME DURANTE LA COMBUSTIÓN.

5.4 EXCESO DE OXIGENO O AIRE. SE CONOCE COMO EXCESO DE AIRE O DE OXIGENO A AQUELLA CANTIDAD

DE OXIGENO

O

AIRE

QUE

SE

ENCUENTRA

POR

ARRIBA

DE LA CANTIDAD DE AIRE O OXIGENO TEÓRICO. LA FINALIDAD DE AGREGAR UNA MAYOR CANTIDAD DE AIRE O OXIGENO DEL NECESARIO PARA QUEMAR EL COMBUSTIBLE ES CON LA FINALIDAD DE ASEGURAR QUE EL COMBUSTIBLE SE QUEME COMPLETAMENTE Y EN FORMA EFICIENTE, ES DECIR SE ASEGURE SE PRODUZCA UNA COMBUSTIÓN LO MAS COMPLETA POSIBLE.

5.5 COMBUSTIBLE. ALGUNAS SUBSTANCIAS SE QUEMAN MAS FÁCILMENTE QUE OTRAS LO CUAL DEPENDE DE SU NATURALEZA, PERO TODAS NECESITAN DE CIERTA CANTIDAD DE CALOR PARA MANTENER O INICIAR SU COMBUSTIÓN. EN GENERAL DEPENDE DE QUE TAN FÁCIL LA SUBSTANCIA SE CONVIERTE EN GAS ANTES DE ARDER, UNA SUBSTANCIA COMBUSTIBLE ES AQUELLA QUE RELATIVAMENTE REQUIERE CONVERTIRSE

EN

GAS

DE

POCO

CALOR

PARA

Y ENCENDERSE MANTENIENDO POR SI SOLA LA

COMBUSTIÓN. SE CONOCEN TRES TIPOS DE COMBUSTIBLES QUE SON: 7. COMBUSTIBLES SOLIDOS. 8. COMBUSTIBLES LÍQUIDOS. 9. COMBUSTIBLES GASEOSOS.

5.6 COMBUSTIÓN DE GASES. YA QUE LOS COMBUSTIBLES ARDEN EN FORMA GASEOSA ES NECESARIO MANTENER

UNA

COMBUSTIÓN.

RELACIÓN

GAS/AIRE

ADECUADA

PARA

MANTENER

LA

LOS COMBUSTIBLES INDUSTRIALES CONTIENEN CARBÓN DE HIDROGENO, VAN DESDE EL METANO (CH4) HASTA LOS RESIDUALES CON CADENAS DE 30 O MAS CARBONES. CADA MOLÉCULA DE CARBÓN O DE HIDROGENO REQUIERE DE UNA CANTIDAD FIJA DE OXIGENO, ESTA ES EXPRESADA EN PESO Y ES UN PARAMETRO LLAMADO

AIRE

TEÓRICO

Y

SE

PUEDE

CALCULAR

DEL

ANÁLISIS

DEL

COMBUSTIBLE.

5.7. TEMPERATURA DE IGNICIÓN. UNA VEZ LOGRADA LA RELACIÓN ADECUADA GAS/AIRE, SE REQUIERE DE UN TERCER ELEMENTO PARA CERRAR LO QUE SE LLAMA EL TRIANGULO DEL FUEGO, NECESITAMOS CALOR. LA CANTIDAD DE CALOR MÍNIMA NECESARIA PARA CALENTAR LA MEZCLA GAS/AIRE HASTA UN PUNTO EN QUE LA COMBUSTIÓN SE MANTIENE Y YA NO REQUIERE DE CALOR EXTERNO ES OTRO PARÁMETRO DENOMINAD: TEMPERATURA DE

IGNICIÓN.

EN RESUMEN,

PARA

QUE

UN COMBUSTIBLE

SE

LLEGUE

A QUEMA=

ES NECESARIO CUMPLIR CON LOS SIGUIENTES REQUISITOS: a). QUE SE ENCUENTRE EN ESTADO DE VAPOR.

b). QUE SE ENCUENTRE MEZCLADO ADECUADAMENTE CON EL AIRE (OXIGENO). c). QUE ALCANCE SU TEMPERATURA DE IGNICIÓN.

5.8 COMBUSTIÓN COMPLETA. SE

DICE

QUE

LA

COMBUSTIÓN

ES

COMPLETA,

CUANDO

LOS

PRODUCTOS

GASEOSOS DE LA COMBUSTIÓN SON ÚNICAMENTE, BIÓXIDO DE CARBONO (C02) Y VAPOR DE AGUA. ES IMPORTANTE QUE UNA COMBUSTIÓN SEA COMPLETA YA QUE DE ESTA FORMA SE LIBERA LA MAYOR CANTIDAD DE CALOR POSIBLE APROVECHÁNDOSE A LO MÁXIMO EL COMBUSTIBLE.

5.9 COMBUSTIÓN INCOMPLETA. UNA COMBUSTIÓN ES INCOMPLETA CUANDO COMO RESULTADO DE LA COMBUSTIÓN, SE LIBERAN ADEMAS DE BIÓXIDO DE CARBONO (C02) Y VAPOR DE AGUA, MONOXIDO DE CARBONO (CO) ENTRE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. LA FORMACIÓN DE MONOXIDO DE CAR80N0 (CO) OCASIONA PERDIDAS DE CALOR Y REDUCE LA EFICIENCIA DE LA COMBUSTIÓN. SE PUEDE OBSERVAR QUE UNA COMBUSTIÓN ES INCOMPLETA CUANDO A LA SALIDA DE LA CHIMENEA SE

OBSERVA

HUMO

NEGRO,

LA

PRESENCIA

DE

HUMO

BLANCO

INDICA

DEMASIADO EXCESO DE AIRE LO CUAL OCASIONA PERDIDAS DE CALOR POR ARRASTRE DEL AIRE EN EXCESO.

5.10 EFICIENCIA DE LA COMBUSTIÓN. LA EFICIENCIA CON QUE SE LLEVA A CABO LA COMBUSTIÓN SE PUEDE DETERMINAR EMPLEANDO 3 MÉTODOS: 1). LA COLORACIÓN DE LOS GASES. 2). LA COLORACIÓN Y FORMA DE LA FLAMA. 3). EL ANÁLISIS DE COMPOSICIÓN DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN. EN UNA REFINERÍA NO INTERESA LA COMBUSTIÓN PERFECTA, ESTA ES ÚNICAMENTE POSIBLE EN LABORATORIO.

SIN

EMBARGO,

ESTAMOS

INTERESADOS

EN

LA

COMBUSTIÓN

MAS

EFICIENTE DEL COMBUSTIBLE. LA COMBUSTIÓN MAS EFICIENTE ES COMPLETA CON 15 A 20 % DE EXCESO DE AIRE. ESTA CANTIDAD DE AIRE ES SUFICIENTE PARA ASEGURAR QUE TODO EL CARBONO SE QUEMARA PARA FORMAR BIÓXIDO DE CARBONO SIN GASTAR COMBUSTIBLE EN CALENTAR UNA CANTIDAD GRANDE DE AIRE EN EXCESO,

SE REQUIEREN TRES FACTORES PARA TENER UNA EFICIENCIA MÁXIMA EN UNA CALDERA: 1.- EL COMBUSTIBLE DEBE ESTAR PREPARADO PARA LA COMBUSTIÓN;

SI ES

LÍQUIDO, SE DEBE CONVERTIR EN VAPOR.

2.-

EL COMBUSTIBLE Y EL AIRE DEBEN JUNTARSE EN LA PROPORCIÓN

ADECUADA, EN EL MOMENTO DEBIDO Y A LA TEMPERATURA DE IGNICIÓN Y COMBUSTIÓN. 3.LOS MISMO

EL CALOR DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN SE DEBE TRANSFERIR A TUBOS

DEL

TIEMPO,

CALENTADOR DEBE

EN

RETENERSE

LA UNA

ZONA

DE

CANTIDAD

RADIACIÓN. SUFICIENTE

AL DE

CALOR EN LA ZONA DE CONVECCIÓN. 5.11 LÍMITES Y RANGOS DE EXPLOSIVIDAD. SE HA VISTO QUE PARA OUE SE LLEVE A CABO UNA COMBUSTIÓN SON ESENCIALES TRES COSAS: COMBUSTIBLE, OXIGENO Y UNA FUENTE DE IGNICIÓN.

SIN

EMBARGO,

EXISTE

UN

FACTOR

MUY

IMPORTANTE

EN

LA

COMBUSTIÓN DE UN COMBUSTIBLE, Y ES LA RELACIÓN DE COMBUSTIBLE A OXIGENO (AIRE). CUANDO

UN

COMBUSTIBLE

CONCENTRACIONES

HAY

SUFICIENTE

ESTA OXIGENO

PRESENTE

EN

PERO

SUFICIENTE

NO

BAJAS

COMBUSTIBLE; SI ESTA PRESENTE LA FUENTE DE IGNICIÓN» DICHA MEZCLA NO ARDERÁ Y SE DICE QUE ES UNA MEZCLA POBRE QUE ESTA POR ABAJO DE SU LIMITE INFERIOR DE INFLAMABILIDAD O EXPLOSIVIDAD. POR OTRO LADO, SI EL COMBUSTIBLE ESTA MUY CONCENTRADO EN LA MEZCLA COMBUSTIBLE-OXIGENO, SE DICE QUE ES UNA MEZCLA MUY RICA QUE ESTA POR ARRIBA DE SU LIMITE SUPERIOR DE INFLAMABILIDAD Y TAMPOCO ARDERÁ ESTANDO PRESENTE LA FUENTE DE IGNICIÓN. CUALQUIER COMBUSTIBLE GASEOSO TIENE UN RANGO DE INFLAMABILIDAD O EXPLOSIVIDAD, ESTO QUIERE DECIR QUE TIENE UN LIMITE INFERIOR Y UNO SUPERIOR, FUERA DE LOS CUALES UNA MEZCLA COMBUSTIBLE-OXIGENO ES INCAPAZ DE ARDER. PARA DETERMINAR LA EXPLOSIVIDAD DE UNA ATMOSFERA SE UTILIZA EL EXPLOSIMETRO. ESTOS EXPLOSIMETROS DAN EL PORCENTAJE DEL LIMITE INFERIOR DE EXPLOSIVIDAD, O SEA, SI SE TIENE 5.3 % O MAS DE METANO EN UNA ATMOSFERA EL APARATO INDICARA 100%, SI FUERA 2.6% EL APARATO INDICARA 50% UNA LECTURA DE 100% INDICA QUE EL PELIGRO DE UNA EXPLOSIÓN

ES

IGUAL

O

MAYOR

QUE

EN

EL

LIMITE

INFERIOR

DE

EXPLOSIVIDAD. UNA LECTURA DE 50% INDICA QUE HAY 50% DEL COMBUSTIBLE NECESARIO PARA ESTAR EN EL LIMITE INFERIOR DE EXPLOSIVIDAD, Y ASI SUCESIVAMENTE.

6.0 QUEMADORES. LOS QUEMADORES SON LOS MEDIOS PARA MEZCLAR Y CONVERTIR EL ACEITE, GAS, VAPOR Y AIRE EN CALOR DE COMBUSTIÓN. LOS QUEMADORES SE PUEDEN CLASIFICAR SEGÚN EL TIPO DE COMBUSTIBLE QUE MANEJEN COMO:

a). QUEMADORES DE ACEITE. b). QUEMADORES DE GAS. c).

QUEMADORES DE COMBINACIÓN ACEITE-GAS.

a).- QUEMADORES DE ACEITE LOS

QUEMADORES

DE

ACEITE

VAPORIZAN

O

ATOMIZAN

EL

COMBUSTIBLE Y LO MEZCLAN INTIMAMENTE CON EL AIRE SUMINISTRADO PARA LA COMBUSTIÓN. CUANDO SE CUMPLEN ESTAS DOS CONDICIONES SE CONSIGUE OBTENER UNA COMBUSTIÓN COMPLETA CON UN EXCESO DE AIRE MÍNIMO. LOS

QUEMADORES

DE

ACEITE

SE

CLASIFICAN

A

SU

VEZ

DE

ACUERDO AL MÉTODO USADO PARA PREPARAR AL COMBUSTIBLE PARA LA COMBUSTIÓN, DE LA SIGUIENTE FORMA:

-QUEMADORES CON LA VAPORIZACIÓN O GASIFICACIÓN CALENTAMIENTO DEL QUEMADOR.

DEL ACEITE POR

-

QUEMADOR

ESPACIO

CON

LA

ATOMIZACIÓN

DEL

ACEITE

EN

EL

DE COMBUSTIÓN.

LOS QUEMADORES CON VAPORIZACIÓN INTERNA ESTÁN LIMITADOS EN EL RANGO DE COMBUSTIBLES QUE PUEDEN MANEJARSE CON FACILIDAD, Y EN CONSECUENCIA TIENEN POCO USO EN LAS PLANTAS DE POTENCIA. LOS QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN SON CLASIFICADOS DE ACUERDO AL MÉTODO USADO PARA LLEVAR A CABO LA ATOMIZACIÓN, ESTO ES: 1). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR AIRE. 2). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR VAPOR. 3). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN MECÁNICA.

LOS QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN O VAPORIZACIÓN POR AIRE O VAPOR PUEDEN

SUBDIVIDIRSE

EN

DOS

GRUPOS

GENERALES,

EL

"MEZCLADO

EXTERIOR" Y EL "MEZCLADO INTERIOR" DE ACUERDO DE COMO EL ACEITE Y EL VAPOR, SE MEZCLAN AFUERA O EN EL INTERIOR DE LA BOQUILLA. EL MEZCLADO INTERNO O PREMEZCLADO DE ACEITE Y VAPOR O AIRE, MEZCLA DENTRO DEL CUERPO O BOQUILLA DEL QUEMADOR ANTES DE ATOMIZARSE EN EL HORNO. EL MEZCLADO EXTERNO, DONDE EL ACEITE EMERGE DESDE EL QUEMADOR ES INTERCEPTADO POR UNA CORRIENTE DE VAPOR O AIRE.

1). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR AIRE. EL USO DE QUEMADORES EN EL CUAL SE EMPLEA AIRE PARA ATOMIZAR

EL COMBUSTIBLE,

SE

HAN

IDO

INCREMENTANDO. EL AIRE ES

SUMINISTRADO POR VENTILADORES CENTRÍFUGOS, A LOS CUALES SE LES CONOCE COMO AIRES PRIMARIOS, Y AL AIRE DE ATOMIZACIÓN COMO AIRE

PRIMARIO,

CUANDO

ATOMIZADOR;

PARA

EL

AIRE

ACEITES

ES

UTILIZADO

LIGEROS,

LA

COMO

PRESIÓN

MEDIO

DEBERÁ

SER

APROXIMADAMENTE DE 10 PSI Y PARA PESADO DE 20 PSI. 2). QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR VAPOR. LOS QUEMADORES DE ATOMIZACIÓN POR VAPOR POSEE LA HABILIDAD DE QUEMAR CUALQUIER ACEITE COMBUSTIBLE, DE CUALQUIER VISCOCIDAD, POR LO MENOS A CUALQUIER TEMPERATURA. EL CONSUMO DE VAPOR VA DESDE 1% A

5% DEL VAPOR

DEL 2%.

PRODUCIDO,

CON

UN PROMEDIO APROXIMADO

LA PRESIÓN REQUERIDA VARIA DESDE ALREDEDOR DE 75 A 150

PSI.

b). QUEMADORES DE GAS. 1). QUEMADORES DE GAS NATURAL. LOS QUEMADORES DE GAS NATURAL SON DIVIDIDOS GENERALMENTE EN LOS TIPOS DE ALTA Y BAJA PRESIÓN. ESTA CLASIFICACIÓN SE DERIVA DE LA PRESIÓN

DEL

GAS

REQUERIDA

PARA

PROPORCIONAR

OPERACIÓN SATISFACTORIA.

2). QUEMADORES DE PRESIÓN BAJA.

LOS

QUEMADORES DE

PRESIÓN

BAJA

SON

DISEÑADOS

USUALMENTE

PARA CAPACIDADES RELATIVAMENTE BAJAS, Y OPERAN CON GAS NATURAL A UNA PRESIÓN DESDE 1/8 A 4 PSI. 3). QUEMADORES PC PRESIÓN ALTA.