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• Gerardo Diaz

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPARTAMENTO DE METAL MECÁNICA MATERIA: PLANTAS TERMICAS MAESTRO: M.C. PAULA CARDIEL VELA CUESTIONARIO: UNIDAD I “GENERADORES DE VAPOR” __________________________________________________________________ 1. Definición del grado de recirculación y valores que toma para los dos grandes tipos de calderas según su circulación. Para la mayoría de las calderas o diseño de generadores de vapor, el flujo de agua y vapor a través de los tubos donde absorbe calor, el cual resulta de la combustión de un combustible para producir vapor continuamente, es necesario que el agua circule a través de los tubos. Dos métodos son comúnmente usados. Circulación Natural: En esta tal como su nombre lo dice el flujo tiene una circulación natural lo cual es sin ayuda de ningún implemento en la instalación. El grado de circulación depende de 4 grandes factores: 1. Altura de la caldera. Entre más alta este la caldera mayor será la diferencia de presión total entre el lado caliente y el lado frio, lo cual incrementa el flujo total. 2. Presión de operación. Una presión alta de operación produce densidades de vapor y de mezcla más altas. Esto reduce la diferencia de peso total entre el segmento caliente y menos caliente, reduciendo el flujo. 3. Calor de entrada. Calor más alto de entrada, incrementa la cantidad de vapor en el segmento caliente y reduce la densidad promedio de la mezcla vapor-agua, esto incrementa el grado total de flujo 4. Área libre de flujo. Un incremento en la sección transversal o área libre de flujo para el agua o mezcla de agua-vapor pueden incrementar el grado de circulación. Circulación forzada: En esta la circulación del flujo es ayudada por una bomba o algún otro implemento en la línea lo cual por diferencia de presiones hace que fluya el fluido. 2. ¿Por qué en condiciones de baja carga o durante el arranque de la caldera, se dispone un sistema de derivación de flujo en el precalentador? Por que en el precalentador de aire, un flujo de aire bajo a la entrada o bajo temperatura de los gases de combustión a la salida o los dos pueden resultar en corrosión cuando los combustibles contienen azufre y entonces dos puntos de rocío necesitan ser considerados, el punto de rocío de agua la cual ocurre aproximadamente a 120ºC, y el punto de rocío de los gases de combustión el cual varia con la cantidad de SO3 en los gases de combustión y por otros factores. El punto de rocío del acido ocurre a una temperatura mas alta que el punto de rocío del agua.

3. Qué función tienen y en qué tipo de caldera se presentan los tubos de retorno o caída. Se utilizan para llevar de nuevo el agua condensada al domo inicial de donde parte hasta la caldera. 4. ¿Por qué en calderas de gran capacidad es necesario recurrir a ventila-dores de tiro forzado e inducido, cómo se denomina este tipo de tiro y qué función cumple la chimenea en este caso? La finalidad del sistema de tiro es proporcionar el aire necesario para la combustión y eliminar los productos de la misma. Las calderas pequeñas son equipos de recuperación de calor, deben el tiro exclusivamente a la acción de la chimenea. En cambio en grandes calderas y con el fin de eficientar su operación se utilizan equipos de recuperación de calor como economizadores y pre calentadores de aire utilizando el calor de los gases de combustión, sin embargo esto aumenta la resistencia a la circulación de los gases a través de la caldera, por lo que se requieren ventiladores para vencer dicha resistencia y apoyar al tiro de la chimenea. Este ventilador se denomina ventilador de tiro inducido y puede ser accionado por un motor o una turbina de vapor. Para economizar la potencia absorbida por el ventilador a carga parcial, se utiliza un dispositivo de velocidad variable accionado por un motor de velocidad constante. La resistencia que constituye el calentador de aire y el equipo del hogar hacen necesario un segundo ventilador denominado ventilador de tiro forzado, para impulsar el aire de combustión al hogar. 5. Qué solución se adopta, en cuanto a la circulación de agua, en calderas de circulación forzada cuando la carga es reducida. 6. Qué zonas de la caldera son más susceptibles de sufrir el fenómeno de rocío ácido y por qué. En el pre calentador de aire, un flujo de aire bajo a la entrada o baja temperatura de los gases de combustión a la salida o los dos puntos resultan en corrosión cuando el combustible contiene azufre. 7. Por qué el diámetro de los tubos del sobrecalentador tiende a ser menor que el de otros intercambiadores de calor de la caldera? Durante el arranque, por qué es necesario el purgado continuo de los mismos. Para aumentar la superficie de calefacción, la transferencia de calor en los otros intercambiadores involucran el intercambio entre liquido-vapor, mientras que en los sobrecalentadores se lleva a cabo entre gas-gas y el vapor tiene un coeficiente de transferencia menor que el del agua. Los recalentadores internos pueden ser radiantes si reciben directamente la radiación de la llama. Sin embargo, ya que el vapor no tiene el coeficiente de transferencia de calor tan elevado como el agua su capacidad para absorber calor y por tanto refrigerar el tubo por el que circula es mucho menor, así los tubos del recalentador radiante deberán de ser de mejores materiales. 8. En ciertas instalaciones se utiliza como medio de control de la temperatura de sobrecalentado el denominado “gas de atemperización”. En qué consiste este sistema y cómo actúa.

Este tipo usa el principio de que si el agua es roseada dentro del vapor, el agua se evaporara, haciendo que la temperatura de la mezcla final sea más baja que la de la inicial. Sin embargo, si en el spray contiene impurezas estas estarán en la mezcla final como lo es el vapor.

9. ¿Qué diferencia más destacable encontraría entre un precalentador Ljungstrom y uno Rothemuhle?. ¿cuál es su función y qué ventajas presenta su instalación?. 10. Importancia del control del nivel en una caldera. El nivel del tambor de agua es una de las medidas mas importantes para una operación segura y confiable de la caldera. Si el nivel es muy alto, el agua puede fluir dentro del sobrecalentador y subsecuentemente, gotas de agua pueden ser arrastradas dentro de la turbina. Estas gotas causan daño a los tubos del sobrecalentador y causaran serios problemas de erosion en las aspas, resultando en costos muy altos de mantenimiento asi como cortes muy costosos. El resultado de niveles de agua muy bajos son mas severos, ya que esto puede resultar en una reducción en la circulación de agua y esto causa que los tubos se sobrecalienten y finalmente fallar causando costosas reparaciones y un daño potencial al personal. 11. Por qué se sitúan las pantallas vaporizadoras en el hogar. Una pantalla bien calculada en frente del recalentador primario recoge las cenizas volantes y la escoria antes de que se adhieran a los tubos y reducir la capacidad de transferencia de calor. 12. En el tiro equilibrado, qué ventilador es el que consume más potencia. Describa la influencia de la temperatura atmosférica sobre el tiro. 13. Explicar el significado del término “pérdidas por calor sensible en los gases”. Indique cual es la limitación que se presenta a la hora de reducir las pérdidas por este concepto. En caso de superar ese límite, qué equipos de la caldera estarían en peligro. De las calderas a baja temperatura sale vapor a temperaturas relativamente elevadas entre 150 y 180ºC, produciéndose así una pérdida de calor de alrededor del 6 al 7 %. La disminución importante de la temperatura del vapor sobre las calderas de condensación a gas (temperaturas que pueden descender hasta 30º) permite la utilización de la parte de calor sensible del gas de combustión y reduce de manera importante las pérdidas por vapor

14.- Indicar dos funciones básicas de un colector de vapor.  Es un recipiente cilíndrico horizontal  Su función es separar el agua del vapor  Proveer de espacios donde almacenar el vapor  Recibir el agua requerida por la caldera  Recibir y distribuir los tubos vaporizadores y de caída.

15.- Explíquese qué efecto tiene sobre la temperatura del sobrecalentado, el aumento de la temperatura del agua de alimentación. El sobrecalentamiento no solo disminuye las erosiones, sino que aumenta el rendimiento general de la conservación de energía térmica en energía mecánica, si la temperatura del agua de alimentación aumenta y se mantiene la misma velocidad de flujo, la temperatura de vapor sobrecalentado aumentara si no se tiene un sistema de control de temperatura del sobrecalentado y los materiales utilizados en la construcción de las turbinas son susceptibles de deslizamiento agravándose esto a altas temperaturas 16.- Por qué es necesario el purgado de los sobrecalentadores cuando se verifica la puesta en marcha de una caldera y la válvula principal de vapor está cerrada. Para aumentar la transferencia en la superficie de calefacción, la transferencia de calor en los intercambiadores involucran un cambio de estado de vapor a liquido, es por eso que en el sobrecalentador es de gas a gas y por eso la válvula debe estar cerrada para el aumento de la presión y el purgado se realiza para que no haya liquido presente. 17. En un economizador. Dónde suelen ir situados y por qué. En un generador de vapor moderno, el agua de alimentación de la caldera se hace pasar primeramente por un economizador, llamado asi porque ahorra combustible, utilizando el calor de los gases de combustión para aumentar la temperatura del agua antes de entrar en la caldera. En general el economizador es un haz horizontal de tubos de diámetro mas pequeño que los tubos de la caldera, para lograr asi una mejor transmisión de calor, y se situa en el camino de los gases de combustión después de que estos abandonan la caldera, en el tiro o chimenea de la misma. 18. Enumere las ventajas de la circulación combinada ( paralelo y a contraflujo ) en los sobrecalentadores. 1.- Aumento de la velocidad del vapor en los tubos. 2.- Velocidades altas de transferencia de calor. 3.- Aumento de la presión. 19. Efecto sobre la temperatura de sobrecalentado al aumentar la carga en la caldera. Las calderas de gran volumen de agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión del vapor y el nivel del agua, pero tienen el defecto de ser muy lentas en el encendido, y debido a su reducida superficie producen poco vapor. Son muy peligrosas en caso de explosión y poco económicas.

20.- Dibuja los elementos básicos de una caldera de circulación natural. ¿Cuál es el motivo por el que, a altas presiones, se recurre a la circulación forzada? Las calderas de tipo domo, de circulación natural o forzada se restringen a una presión máxima de alrededor de 2600 lb/pulg2 , en la salida del sobre calentador, debido a las características de circulación y de separación

de vapor. Sin embargo, las calderas de tipo flujo forzado y paso único no se restringen a nivel alguno de presión por los limites de circulación.

FALTA DIBUJO 21 . ¿Qué accesorio del colector está relacionado con el control del nivel en una caldera y sobre quién suele actuar? En caso de una fuga de agua, lo suficientemente grande como para que el nivel de agua baje continuamente, ¿sobre quién debe actuar dicho accesorio para proteger la integridad de la caldera? No solo nos basta con conocer el nivel del a caldera, también nos interesa poder controlarlo. Para este fin se utilizan los sistemas de control de nivel. El mas sencillo consiste en un flotador unido a una zona superior a un vástago en cuyo extremo se encuentra un interruptor magnético. Este interruptor magnético va subiendo o bajando según el nivel de la caldera, y según suba o baje puede colocarse ante cuatro indicadores magnéticos cada uno de los cuales da una señal con un significado diferente. El inferior y superior centrales indican a la bomba de alimentación su arranque o su parada. Los dos extremos indican nivel gravemente alto o bajo y dan señal de parada al motor y suena una alarma de paro natural. 22. Cómo se protege a la caldera de sobrepresiones en el lado de aguavapor. Defina los conceptos de presión de timbre y escape. De las diversas presiones: Presión de timbre es la presión en la cual se ha proyectado el generador, se llama así porque esta presión va timbrada en la envolvente de la caldera. Presión de régimen: es la presión a la que la caldera funciona normalmente, es una presión algo inferior a la de timbre. Estas presiones se encuentran con la prueba hidráulica según el modo que establecen las sociedades clasificadoras. De los requisitos de una válvula de seguridad: a una válvula de seguridad se le exige que abra automáticamente cuando la presión exceda en un pequeño valor de la presión de timbre. Tenga una sección de fuga suficiente como para que deje salir todo el caudal que produce la caldera. Que una ves restituida la presión cierre automáticamente. A una presión algo interior a la de timbre. También debe poder abrirse manualmente. De la colocación de las válvulas: se suelen colocar dos válvulas. Una en el colector y otra a la salida del recalentador. La válvula de la salida del recalentador abre a más baja presión ya que se tiene en cuenta las pérdidas de carga sufridas. 23. ¿Cómo evoluciona termodinámicamente el agua de alimentación a su paso por el economizador?. Dibujar la evolución en un diagrama T-s.