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Universidad Inca Garcilaso de la Vega Facultad de Ingeniería Administrativa e Industrial

GENERADORES DE VAPOR (CALDEROS, TIPOS DE CALDEROS, TIPOS DE EFICIENCIA)

GENERADOR DE VAPOR (CALDEROS, TIPOS DE CALDEROS, TIPOS DE EFICIENCIA)

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Universidad Inca Garcilaso de la Vega Facultad de Ingeniería Administrativa e Industrial

ALUMNA: MENDEZ GALINDEZ, SARAH. DOCENTE: ING LIÑAN COLCHADO, JULIA. CONTENIDO 1.

INTRODUCCIÓN....................................................................................................

2.

GENERADORES DE VAPOR Y CALDERAS...............................................................

2.1.¿CUÁLES SON LOS OBJETIVOS DE LAS CALDERAS O GENERADORES DE VAPOR?....................................................................................................................... 2.2.

DEFINICIONES...................................................................................................

3.

DESCRIPCION DE LAS CALDERAS......................................................................

3.1.FUNCIONAMIENTO DE LAS CALDERAS.................................................................. 3.2.CLASIFICACION DE LAS CALDERAS..................................................................... 4.

CONCLUSIONES..................................................................................................

5.

RECOMENDACIONES...........................................................................................

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1. INTRODUCCION Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria. Hasta principios del siglo XIX se usaron calderas para teñir ropas, producir vapor para limpieza, etc., hasta que Papín creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se usó vapor para intentar mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse ésta dejaba de producir trabajo útil. Luego de otras experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica, ya que era un industrial inglés muy conocido. La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776. Inicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua, de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el nuestro. Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas encontramos la baja velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por Kw. de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura. Dentro de los diferentes tipos de calderas se construido calderas para tracción, utilizadas locomotoras para trenes tanto de carga como pasajeros. Vemos una caldera multi"humotubular con GENERADOR DE VAPOR (CALDEROS, TIPOS DE CALDEROS, TIPOS DE EFICIENCIA)

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han en de haz

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de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir los gases de combustión caliente, pasan por el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos.

2. GENERADORES DE VAPOR Y CALDERAS Las

calderas

o

generadores

de

vapor

son

instalaciones

industriales que aplicando calor de un combustible sólido, liquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria. También

se

puede decir

una máquina o

dispositivo

que

Un generador

de ingeniería,

de vapor es

donde

la energía

química, se transforma en energía térmica. Generalmente es utilizado

en

las turbinas

de

vapor para

generar vapor,

habitualmente vapor de agua, con energía suficiente como para hacer funcionar una turbina en un ciclo de Rankine modificado y, en su caso, producir electricidad. Los generadores de vapor se diferencian de las calderas por ser mucho más grandes y complicados. Existen generadores de vapor que no utilizan la energía química, sino que directamente concentran la energía térmica, como es el caso de la energía termo solar de concentración.

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2.1. ¿CUÁLES SON LOS OBJETIVOS DE LAS CALDERAS O GENERADORES DE VAPOR? Las calderas o generadores a vapor son equipos cuyo objetivo es:  Generar vapor de agua a distintas presiones y temperaturas con la mejor calidad según los requerimientos específicos del servicio.

 Entregarlo a una red de distribución y consumos, en el punto óptimo de operación, en forma oportuna, al mejor costo de producción y a la máxima eficiencia del equipo.

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 Producir el vapor en forma limpia desde el punto de vista de la higiene ambiental y segura para el profesional de la industrial y la población.



Generar agua caliente para calefacción y uso general.

 *Generar vapor para planta de fuerza, procesos industriales o calefacción.

2.2. DEFINICIONES CALDERA: Recipiente metálico

en

el

que

se

genera vapor a presión mediante la acción de calor. GENERADOR

DE

VAPOR: Es

el

conjunto

o

sistema formado por una caldera y sus accesorios, destinados a transformar un líquido en vapor, a temperatura y presión diferente al de la atmósfera.

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MANOMETRO: El instrumento destinado a medir la presión efectiva producida por el vapor en el interior de la caldera. OBJETIVOS Las calderas o generadores a vapor son equipos cuyo objetivo es: *Generar agua caliente para calefacción y uso general, o *Generar vapor para planta de fuerza, procesos industriales o calefacción.

3. DESCRIPCION DE LAS CALDERAS Una caldera es un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua,

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mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica. A la combinación de una caldera y un sobrecalentador se le conoce como generador de vapor. El principio básico de funcionamiento de las calderas consiste en una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor.

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QUEMADOR

HOGAR

Sirve para combustible.

quemar

el

Alberga el quemador en su interior y en su interior se realiza la combustión del combustible utilizado y la generación de los gases calientes.

el flujo de calor desde los gases hasta el agua se TUBOS DE efectúa a través de su INTERCAMBIO DE superficie. También en ella se CALOR generar las burbujas de vapor. Es necesario para separar las SEPARADOR LIQUIDO – gotas de agua líquida con los gases aún calientes, antes de VAPOR alimentarla a la caldera.

CHIMENEA

Es la vía de escape de los humos y gases de combustión después de haber cedido calor al fluido.

CARCASA

Contiene el hogar y el sistema

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de tubos de intercambio de calor. La estructura real de una caldera dependerá del tipo, no obstante,

de

forma

generar

podemos

describir

siguientes partes:

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3.1. FUNCIONAMIENTO DE LAS CALDERAS Funcionan mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente metálico. En toda caldera se distinguen dos zonas importantes: GENERADOR DE VAPOR (CALDEROS, TIPOS DE CALDEROS, TIPOS DE EFICIENCIA)

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Zona de liberación de calor o cámara de combustión: es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metálico.  Interior: la cámara de combustión se encuentra dentro del recipiente metálico o rodeado de paredes refrigeradas por agua.  Exterior: cámara de combustión constituida fuera del recipiente metálico. Está parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua. La transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiación (llama-agua). Zona de tubos: es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por convección (gases-aguas). Esta constitutiva por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

3.2. CLASIFICACION DE LAS CALDERAS

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Existen varias características que dan lugar a varias agrupaciones de las calderas que pueden ser: A) el

En función a la posición relativa entre fluido

a

calentar

y

los

gases

de

combustión:  Con tubos múltiples de humo – piro tubulares. PIROTUBULARES Como su nombre lo indica, en esta caldera el humo y los gases calientes circulan por el interior de los tubos y el agua se encuentra por el exterior. Estas calderas también son denominadas también igneotubulares

o pirotubulares y

pueden

ser

verticales u horizontales. Se caracterizan por disponer de tres partes bien definidas:

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 Una caja de fuego donde va montado el hogar. Esta caja puede ser de sección rectangular o cilíndrica, es de doble pared, por lo que el hogar queda rodeado de una masa de agua.  Un

cuerpo

longitudinalmente,

cilíndrico por

tubos

atravesado, de

pequeño

diámetro, por cuyo interior circulan los gases calientes.  Una caja de humos, que es la prolongación del cuerpo cilíndrico, a la cual llegan los gases después de pasar por el haz tubular, para salir hacia la chimenea. Estas calderas trabajan, casi siempre, con tiro forzado, el cual se consigue mediante un chorro de vapor de la misma caldera o utilizando vapor de escape de la máquina.

Pueden producir agua caliente o vapor saturado. En el primer caso, se les instala un estanque de expansión que permite absorber las dilataciones del agua. En el caso de las calderas de vapor poseen un nivel de agua a 10 o 20 cm sobre los tubos superiores.

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VENTAJAS  Menor coste inicial, debido a la simplicidad de diseño en comparación con las acuotubulares de igual capacidad.  Mayor flexibilidad de operación, ya que el gran volumen de agua permite absorber fácilmente las fluctuaciones en la demanda.  Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación porque las incrustaciones formadas en el exterior de los tubos son más fáciles de atacar y son eliminadas por las purgas.  Facilidad de inspección, reparación y limpieza.

DESVENTAJAS

 Mayor tamaño y peso que las acuotubulares de igual capacidad.  Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.  Gran peligro en caso de exposición o ruptura, debido al gran volumen de agua almacenado.  No son empleadas para altas presiones.

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Con tubos múltiples – Acuotubulares.

de

tubos

de

agua

ACUOTUBULARES CALDERAS CON TUBOS MÚLTIPLES DE AGUA ACUOTUBULAR En estas calderas, por el interior de los tubos pasa agua o vapor y los gases calientes se encuentran en contacto con las caras exteriores de ellos. Son de pequeño volumen de agua. Las calderas acuotubulares son las empleadas casi exclusivamente cuando interesa obtener elevadas presiones y rendimiento, debido a que los esfuerzos desarrollados en los tubos por las altas presiones se traducen en esfuerzos de tracción en toda su extensión. La limpieza de estas calderas se lleva a cabo fácilmente porque las incrustaciones se quitan utilizando dispositivos limpiadores de tubos accionados mecánicamente o por medio de aire. GENERADOR DE VAPOR (CALDEROS, TIPOS DE CALDEROS, TIPOS DE EFICIENCIA)

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La circulación del agua, en este tipo de caldera, alcana velocidades considerables con lo que se consigue una transmisión eficiente del calor y por consiguiente, se eleva la capacidad de producción de vapor. En la figura 4 se representa una caldera con un solo tubo de agua. Sólo una rama del tubo se calienta, ya que la otra se encuentra protegida por una pantalla aisladora.

VENTAJAS  Menor peso por unidad de potencia generada.  Por tener pequeño volumen de agua en relación a su capacidad de evaporación, puede ser puesta en marcha rápidamente.  Mayor seguridad para altas presiones.  Mayor eficiencia.  Son inexplosivas.

DESVENTAJAS  Su coste es superior.  Deben ser alimentadas con agua de gran pureza, ya que las incrustaciones en el interior de los tubos son, a veces, inaccesibles y pueden provocar roturas de los mismos.  Debido al pequeño volumen de agua, le es más difícil ajustarse a las grandes variaciones del consumo de vapor, siendo necesario hacerlas funcionar a mayor presión de la requerida.

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B) En función del numero de pasos:  De un paso de recorrido de los gases.  De varios pasos. C)En función del tipo de tiro:  De tiro natural.  De tiro inducido.  De tiro forzado.

D) En función de las energéticas del proceso:

necesidades

 Calderas de agua caliente.  Calderas de agua sobrecalentada.  Calderas de vapor saturado.  Calderas de vapor sobrecalentado.  Calderas de fluido térmico.

4. CONCLUSIONES

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5. RECOMENDACIONES

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