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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DE CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, INFORMÁTICA Y MECÁNICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

CALDERO A VAPOR

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CURSO: LABORATORIO INGENIERIA MECANICA 3

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DOCENTE: ING. EVELYN GARLET TAMAYO ARAOZ

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GRUPO : 1

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ALUMNOS: AGUILAR SOTA LUIS MARCELO. MANRIQUE LOAYZA EMMANUEL. OLARTE MONTES DIEGO

2018

Contenido INTRODUCCION....................................................................................................................................... 1 Calderas De Vapor................................................................................................................................... 2 Cómo funcionan las calderas de vapor? ................................................................................................. 3 Hogar:.................................................................................................................................................. 3 Recalentador de vapor:....................................................................................................................... 3 Envolvente: ......................................................................................................................................... 3 Intercambiador: .................................................................................................................................. 3 Componentes de una caldera de vapor. ................................................................................................. 4 Hogar o Fogón: .................................................................................................................................... 4 Emparrillado:....................................................................................................................................... 4 Cenicero: ............................................................................................................................................. 4 Puertas de Explosión: .......................................................................................................................... 4 Cámara de Agua: ................................................................................................................................. 5 Cámara de Vapor ................................................................................................................................ 5 Clasificación de las calderas de vapor. .................................................................................................... 6 Calderas de tubos de agua o acuotubulares: ...................................................................................... 6 Calderas de tubos de humos o piro tubulares: ................................................................................... 6 Causa de Fallas en Calderas. ................................................................................................................... 7 Causas Características De Fallas En Equipos De Vapor. ...................................................................... 7 Clasificación de las causas................................................................................................................... 7 Fallas que involucran ruptura súbita de tuberías ............................................................................... 7 Fallas causadas por Sobrecalentamiento............................................................................................ 8 Oxidación térmica. .............................................................................................................................. 8 Rotura por flujo plástico. .................................................................................................................... 9 Ventajas. ............................................................................................................................................. 9 Desventajas ....................................................................................................................................... 10 Calderas de tubos de humo horizontales. ........................................................................................ 10 Dimensionamiento de una caldera. ...................................................................................................... 11 OBJETIVO........................................................................................................................................... 11

INTRODUCCION.

En el presente trabajo llegamos a conclusiones concretas que nos permitirán mejorar el rendimiento de las plantas de vapor y tener un considerable ahorro de energía en los procesos industriales. Esperamos que nuestro modesto trabajo aporte algunos conceptos importantes para la ejecución de un buen plan de mantenimiento, prácticas eficientes de operación de las calderas y sistemas de vapor y también nos incentive a investigar más en este amplio campo de la termo energía.

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Calderas De Vapor. Una caldera de vapor es un equipo térmico cuya función es aprovechar la energía calorífica de un combustible, para generar vapor de agua, en diferentes condiciones utilizables en procesos industriales. Una planta de vapor, dada su complejidad y la gran precisión y confiabilidad con que debe ejecutar su función, requiere de un tipo de mantenimiento especializado y de alta eficiencia. Es también considerable el factor de seguridad con que se debe actuar en una planta de vapor por los riesgos que implica el manipuleo del vapor a altas presiones y temperaturas.

FIG 1

Las calderas son dispositivos de ingeniería diseñados para generar vapor saturado (vapor a punto de condensarse) debido a una transferencia de calor, proveniente de la transformación de la energía química del combustible mediante la combustión, en energía utilizable (calor), y transferirla al fluido de trabajo (agua en estado líquido), el cual la absorbe y cambia de fase (se convierte en vapor).

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Cómo funcionan las calderas de vapor? Las calderas de vapor cuentan con una estructura similar a las calderas más comunes de las que se obtiene agua caliente. Sus partes fundamentales son las siguientes:

Hogar: Es una cámara de combustión en la que tiene lugar la reacción de oxidación entre el combustible elegido y el comburente, el aire, para obtener energía en forma de calor a través de la llama.

Recalentador de vapor: Se calienta el vapor saturado obtenido hasta el estado de vapor saturado.

Envolvente: Es una parte de la caldera que aísla térmicamente el hogar y el cuerpo del intercambiador.

Intercambiador: Es una zona en la que se realiza el intercambio de temperatura. El calor generado se transfiere al agua.

FIG 2

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Componentes de una caldera de vapor. Debido a que cada caldera de vapor dispone, dependiendo del tipo, de partes características, es muy difícil atribuir a todas ellas un determinado componente de caldera de vapor. En razón de lo anterior se analizarán las partes principales de las calderas en forma general, especificando en cada caso el tipo de caldera que dispone de dicho elemento. Para tal análisis usaremos el esquema de la caldera cilíndrica sencilla.

Hogar o Fogón: es el espacio donde se produce la combustión. Se le conoce también con el nombre de Cámara de Combustión.

Emparrillado: son piezas metálicas en formas de rejas, generalmente rectangulares o trapezoidales, que van en el interior del hogar y que sirven de soporte al combustible sólido. Debido a la forma de reja que tienen, permiten el paso del Aire primario que sirve para que se produzca la combustión.

Cenicero: es el espacio que queda bajo la parrilla y que sirve para recibir las cenizas que caen de ésta. Los residuos acumulados deben retirarse periódicamente para no obstaculizar el paso de aire necesario para el proceso de la combustión en la caldera de vapor. Mampostería, Conductos de Humos, Caja de Humo, Chimenea, Regulador de Tiro o Templador, Tapas de Registro o Puertas de Inspección, Puertas de hombres, Tapas de Registro.

Puertas de Explosión: Son puertas metálicas con contrapeso o resortes, ubicadas generalmente en la caja de humos y que se abren en caso de exceso de presión en la cámara de combustión, permitiendo la salida de los gases y eliminando la presión. Solo son utilizables en calderas que trabajen con combustibles líquidos o gaseosos.

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Cámara de Agua: Es el volumen de la caldera que está ocupado por el agua que contiene y tiene como límite superior un cierto nivel mínimo del que no debe descender nunca el agua durante su funcionamiento. Es el comprendido del nivel mínimo visible en el tubo de nivel hacia abajo.

Cámara de Vapor: es el espacio o volumen que queda sobre el nivel superior máximo de agua y en el cual se almacena el vapor generado por la caldera. Vapor generado por la caldera.

FIG 3

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Clasificación de las calderas de vapor. En función de cómo se construye este intercambiador se distinguen las dos tipologías básicas de las calderas de vapor:

Calderas de tubos de agua o acuotubulares: El agua circula por el interior de las tuberías que forman el intercambiador y que están tendidas en la zona del hogar. El calor generado y los gases de combustión rodean los tubos calentando el agua que circula por los mismos. Se puede incrementar la capacidad de estas calderas aumentando el número de tubos.

Calderas de tubos de humos o piro tubulares: Los gases generados en la combustión circulan por el interior de los tubos que integran el intercambiador y que están tendidos en el interior del depósito de agua, incrementando así la temperatura del fluido. Estas son las calderas que tienen más aceptación en los entornos industriales. Pueden adoptar distintas configuraciones en función de cómo se ubican los tubos de humos: horizontales, de cajas de humo y verticales. El objetivo de una caldera de vapor, ya sea de un sistema u otro, es incrementar la temperatura y la presión del agua hasta transformar el fluido en vapor a la presión necesaria. La obtención de vapor va a condicionar el resto de los componentes auxiliares de la caldera, ya que deben estar diseñados para soportar las temperaturas y presiones necesarias. Hay que tener en cuenta que según aumenta la presión del agua también aumenta la temperatura de ebullición. Tradicionalmente, las calderas se han clasificado también, desde el punto de vista de la seguridad, en función del producto del volumen de agua en metros cúbicos por la presión total de servicio en kg/cm2. Cuando este valor es mayor de 600 tenemos calderas de categoría

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A; para valores entre 10 y 600 calderas de categoría B y para productos iguales o menores a 10 hablamos de calderas de categoría C. En el sector de los equipos de presión y en particular de los generadores de vapor, son muy utilizadas las normativas de origen norteamericano emitidas por la Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos, ASME. Sus normas técnicas se han convertido en un referente internacional y han sobrepasado sus fronteras implantándose en todo el mundo.

Causa de Fallas en Calderas. Causas Características De Fallas En Equipos De Vapor. Las calderas y otros tipos de equipos de plantas de vapor están sujetos a una variedad de fallas que envuelven uno o más mecanismos severos.

Clasificación de las causas. Estas pueden generalmente clasificarse como defectos de diseño, defectos de fabricación, operaciones indebidas y un inadecuado tratamiento del agua. La mayoría de las fallas en generadores de vapor ocurren en componentes presurizados, que son las tuberías y recipientes a presión que constituyen una buena porción del sistema de generación de vapor. Con pocas excepciones, las fallas en los componentes presurizados están confinadas relativamente a componentes de pequeño diámetro utilizados para la transferencia de calor en los calderos.

Fallas que involucran ruptura súbita de tuberías

En el diseño de las calderas, el calor Suministrado por la combustión del Combustible esta balanceado por la formación De vapor en el horno y el calentamiento del Vapor en los súper calentadores. El flujo de Calor que se da en los tubos limpios de las Calderas tiene 3 componentes. La transferencia De calor del lado del fuego desde la flama o por Los gases calientes está dada ambas por Radiación y convección. La radiación Predomina 7

en los hornos, donde la temperatura Del gas puede. La conducción dada por los Tubos de acero de la caldera, los cuales Transfieren calor a los fluidos internos. El Fluido interno alrededor del diámetro interior Es un segundo modo de transferencia de calor Por convección.

Fallas causadas por Sobrecalentamiento.

Dentro de estas fallas tenemos a las causadas por una exposición de larga duración, provocada por la pérdida de resistencia en el acero a alta temperatura y la de corta duración provocadas por ejemplo, por la falta de agua en el sistema.

Oxidación térmica.

Un signo de sobrecalentamiento de larga duración puede ser una capa gruesa, frágil y oscura de óxido sobre las superficies tanto interna como externa. Si la temperatura del metal sobrepasa cierto valor para cada aleación, la oxidación térmica se hará excesiva. FIG 4

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Rotura por flujo plástico. Es una forma de daño por sobrecalentamiento de larga duración que produce una rotura de Labios gruesos en la cúspide de una comba. El flujo plástico produce una deformación plástica lenta y, por último, la coalescencia de micro vacíos del metal durante el sobrecalentamiento.

FIG 5

Ventajas. 

Compactas y portátiles.

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Bajo costo inicial.

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Requiere muy pequeño espacio en el piso en la sala de máquinas.

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No requiere cimentación especial.

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Fácil y rápida instalación. 9

Desventajas 

No es fácil el acceso a su interior para limpieza, reparación o inspección.

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Pequeña capacidad para agua, dificultando conservar una presión constante del vapor bajo variaciones de la demanda.

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Debido al pequeño espacio del vapor, la caldera está expuesta a que se forme espuma cuando la demanda es grande.

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Baja eficiencia en los tipos pequeños. Los gases calientes hacen un recorrido muy corto en su paso hacia la chimenea y ceden muy poco calor al agua.

Calderas de tubos de humo horizontales. 

Marina de respaldo seco.

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Marina de respaldo húmedo.

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Tubular de retorno horizontal.

Las Calderas Tubulares Horizontales de Retorno Son las más comunes, y también son llamadas de tipo Paquete, ya que es una unidad generadora de vapor completa. Viene con el equipo de encendido, los ventiladores de tiro, la bomba de alimentación y los controles automáticos todos montados en una sola base. Tal unidad puede embarcarse completamente armada y puede instalarse con un mínimo de trabajo de construcción y montaje. Puesto que el generador de vapor está diseñado como una unidad, se deben coordinar diversos elementos para producir los resultados deseados y el trabajo entero es una sola responsabilidad.

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Dimensionamiento de una caldera. El buen dimensionamiento de una caldera, es importante ya que se reducen costos de operación y a su vez se reduce menos contaminantes hacia la atmosfera, la información obtenida en este estudio es confiable y sirve de base para una decisión de diseño particular cuando se trabaja en el área de proyectos de cualquier empresa.

OBJETIVO. Optimizar mediante un estudio energético el dimensionamiento de una caldera. Objetivos particulares: 1. Realizar levantamiento del sistema actual. 2. Elaborar balances de energía térmica, (consumos). 3. Calcular capacidades del generador de vapor. 4. Realizar propuesta de reubicar de equipos de proceso. 5. Calcular pérdidas de temperatura en líneas de vapor. 6. Calcular diámetro de tubería para línea de vapor. 7. Elaborar ingeniería de detalle (plano e isométrico en AutoCAD). 8. Elaborar procedimiento de arranque y paro de la caldera.

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