• Author / Uploaded
• Mónica Hidalgo

Citation preview

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA” NUCLEO EL SABINO – PUNTO FIJO

Temas I y II: Generadores de vapor (Calderas) Evaporadores y Secadores

INTEGRANTES:  GOTOPO, ISAIAS C.I.: 27.005347  GUANIPA, ELIEZER C.I.: 25.326.227  GUTIERREZ, JUAN C.I.: 26.107.663  HIDALGO, MÓNICA C.I.: 26.309.665  RIVERO, CINDY C.I.: 24.526.448

PUNTO FIJO, 22 DE ABRIL DE 2019

INTRODUCCION En la actualidad se llama máquina a todo instrumento inventado por el hombre para auxiliar su trabajo; y se llama maquinaria a toda combinación de instrumentos que bajo la dirección del hombre desarrollan considerables fuerzas. Las máquinas en general, son aparatos poderosos de que se sirve el hombre para la producción, en los cuales están previamente calculados los efectos de las fuerzas de potencia, roce, peso y resistencia, así como sus movimientos; teniendo por objeto apoderarse de las fuerzas de la naturaleza, para modificarlas, transformarlas, transmitirlas y gastarlas con la debida oportunidad y la conveniente celeridad, a fin de que den el resultado apetecido, pues aunque carecen de voluntad, de inteligencia y de destreza, funcionan con mayor ajuste, regularidad y precisión que el más despejado obrero. Así mismo, la diversidad de industrias existentes enfrentan una gran demanda de productos que engloban la producción de bienes y servicios, para ello es necesario contar con equipos que ayuden a agilizar los procesos productivos de dichas empresas. Es aquí donde intervienen equipos como los generadores de vapor, evaporadores y secadores que poseen una función de vital importancia para desarrollar los procesos de concentración y eliminación de humedad de determinada materia prima para un producto específico.

GENERADORES DE VAPOR (CALDERAS) El término generador de vapor está siendo utilizado en la actualidad para reemplazar la denominación de caldera. 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). El término de caldera ha sido por mucho tiempo utilizado y los dos términos se usan indistintamente. Es común la confusión entre los términos de caldera y generador de vapor, pero la diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado (vapor seco) y el otro genera vapor saturado (vapor húmedo). Clasificación Entre la clasificación de las calderas se puede catalogar:  Por la naturaleza del servicio pueden ser: Fija, portátil, locomotora o marina.  Por el tipo de combustible: Calderas de carbón, de combustibles líquidos, de combustibles gaseosos, mixtos y de combustibles especiales (residuos, licor negro, cáscaras de frutos).  Por el tiro: Tiro natural o tiro forzado (con hogar en sobrepresión, en depresión o en equilibrio).  Por los sistemas de

apoyo:

Calderas

apoyadas y calderas

suspendidas.  Por la transmisión de calor: Calderas de convección, calderas de radiación, calderas de radiación-convección.  Por la disposición de los fluidos: Calderas de tubos de agua (acuotubulares o generadores de vapor) y calderas de tubos de humos (pirotubulares). La caldera de vapor pirotubular generalmente tienen un hogar integral (denominado caja de fuego) limitado por superficies enfriadas por agua. Las horizontales con hogar integral se utilizan en instalaciones de calefacción a

baja

presión.

aprovechamiento

Estas de

calderas, gases

de

diseñadas

especialmente

recuperación,

presenta

las

para

el

siguientes

características: El cuerpo de la caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor (Figura 1.). La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de humos.

Componentes principales La estructura real de una caldera dependerá del tipo, no obstante, de forma general podemos describir las siguientes partes:  Quemador: sirve para quemar el combustible.  Hogar: alberga el quemador en su interior y en su interior se realiza la combustión del combustible utilizado y la generación de los gases calientes.  Tubos de intercambio de calor: el flujo de calor desde los gases hasta el agua se efectúa a través de su superficie. También en ella se generar las burbujas de vapor.  Separador líquido-vapor: es necesario para separar las gotas de agua líquida con los gases aún calientes, antes de 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 de tubos de intercambio de calor. Sistema de protección y medición de seguridad -

Los generadores de vapor, son equipos potencialmente peligrosos, son recipientes cerrados con quemadores de gas o electricidad que calientan agua u otro liquido para generar vapor.

-

Solo trabajadores autorizados y debidamente capacitados deben operar los generadores de vapor, deben inspeccionar con frecuencia en

búsqueda de fugas, combustión correcta, funcionamiento de los dispositivos de seguridad. En Venezuela la norma COVENIN, 912-84 hace referencia a las Plancha gruesas de acero al carbono para caldera y recipientes a presión, para servicios a mediana y altas temperaturas. -

Deben reportarse la existencia de materiales dañados y deben repararse o eliminarse de inmediato, por una contratista certificada para trabajos en asbesto. Indicios de superficies rajadas, prominencias, corrosión u otras deformidades debe repararse de inmediato por un técnico autorizado.

-

Los registros detallados de la operación y mantenimiento de la caldera pueden ayudar a la seguridad.

-

La caldera debe conectarse siempre lentamente y nunca debe inyectarse agua fría a un sistema caliente.

-

Para evitar explosiones en la caldera, es necesario que los técnicos purguen la caldera antes de encender el quemador.

-

Debe verificarse la relación de aire combustible, la condición del tiro, y la llama para evitar que esta, sea demasiado alta y eche humo.

-

Cuando se para una caldera para reparaciones, todas las fuentes deben desconectarse usando un procedimiento de bloqueo (Lock out/tagout) y los residuos de presión en tuberías de vapor, agua y combustible deben aliviarse siguiendo los procedimientos correctos de vaciado y bloqueo.

Válvulas de Seguridad Es el dispositivo más importante de la caldera. Debe ser instalada en conformidad con todos los códigos aplicables y la tubería debe estar apoyada en algo para que no haya tensión aplicada sobre la válvula. Válvulas de Purga -

Se recomienda que todas las calderas que trabajan a más de 100 Psi, excepto las portátiles, tengan dos válvulas de purga. Pueden ser dos válvulas de apertura lenta o una de apertura lenta y otra de apertura rápida.

-

Para purgar la caldera, abra la válvula de apertura lenta lo bastante despacio para evitar choques.

-

Purgue cuando la caldera tiene fuego lento o poca carga.

Válvulas Solenoides Funciona por largos periodos sin dificultad alguna. No obstante, si alguna materia extraña llega a fijarse entre el asiento de la válvula y el disco de la misma puede causar filtración.

EVAPORADORES Se conoce por evaporador al intercambiador de calor donde se produce la transferencia de energía térmica desde un medio a ser enfriado hacia el fluido refrigerante que circula en el interior del dispositivo. Su nombre proviene del cambio de estado sufrido por el refrigerante al recibir esta energía, luego de una brusca expansión que reduce su temperatura. Durante el proceso de evaporación, el fluido pasa del estado líquido al gaseoso. Los evaporadores se encuentran en todos los sistemas de refrigeración como neveras, equipos de aire acondicionado y cámaras frigoríficas. Su diseño, tamaño y capacidad depende de la aplicación y carga térmica de cada uso. Son equipos intercambiadores de calor entre fluidos refrigerantes, en los cuales se produce la transmisión de energía térmica dentro del dispositivo. Mientras uno de ellos se enfría disminuyendo así su temperatura, el otro se calienta y pasa a estado de vapor. Se conoce como evaporador, si se evapora agua como vaporizador, si se evapora un producto que no es agua como alcohol, éter, gasolina, etc.

Clasificación  Evaporadores de Plantas de Fuerza o Energía. Son evaporadores que se utilizan en plantas de generación de potencia eléctrica para obtener agua desmineralizada aprovechando extracciones de vapor en turbinas, Este tipo de evaporador tiene como objetivo aumenta la calidad del producto que requiere (agua desmineralizada).  Evaporadores Químicos. Los evaporadores químicos poseen como objetivo principal consiste en concentrar soluciones de una sustancia de interés. Resulta común encontrar procesos en los cuales se produzcan ácidos y bases en medio acuoso con una concentración mayor el 50% a partir de soluciones con una concentración 10 veces menor. Los evaporadores difieren de otros procesos de purificación

como la destilación y la cristalización en aspectos clave, aun cuando el objetivo de los procesos es en esencia similar. Los evaporadores se usan para concentrar soluciones en las cuales es muy raro encontrar que el soluto tiende fácilmente a cambiar de fase liquida a vapor, es decir solutos que no se encuentren en la fase de vapor cuando la mezcla se encuentre en equilibrio de fases. Estos usan un fluido de proceso de calentamiento (vapor de agua) para poder evaporar el solvente de la solución, que también suele ser vapor de agua. La inversión que involucra el vapor de proceso y la cantidad de calor suministrado en cada evaporador dan lugar a la aparición de los conceptos de capacidad y economía.

Componentes principales  Ebullidor Tubular: En esta parte del evaporador ocurre el proceso de ebullición del agua o disolvente producto del calor transmitido por el vapor latente. Por lo general está constituido por un haz de tubos por donde circula la solución a concentrar y una carcasa por la cual circula el vapor latente.  Separador líquido-vapor: En esta parte del evaporador ocurre la mezcla líquido-vapor proveniente del ebullidor es separada, obteniendo el líquido concentrado y la fase de vapor. El separador fue diseñado para evitar el arrastre de líquido concentrado en la corriente de vapor.  Área de circulación del medio de calentamiento: Permite la circulación de temperatura en la parte de vapor y electricidad del evaporador.

SECADORES El secado se refiere a la eliminación de agua de los materiales de proceso y de otras sustancias. El término secado se usa también con referencia a la eliminación de otros líquidos orgánicos, como benceno o disolventes orgánicos, de los materiales sólidos. En general, el secado significa la remoción de cantidades de agua relativamente pequeñas de cierto material. La evaporación se refiere a la eliminación de cantidades de agua bastante grandes; además, ahí el agua se elimina en forma de vapor a su punto de ebullición. En el secado, el agua casi siempre se elimina en forma de vapor con aire Clasificación Según el método de transmisión de calor a los sólidos húmedos  Secadores directos: La transferencia de calor para la desecación se logra por contacto directo entre los sólidos húmedos y los gases calientes. El líquido vaporizado se arrastra con el medio de desecación; es decir, con los gases calientes. Los secadores directos se llaman también secadores por convección Las características generales de operación de los secadores directos son: -

El contacto directo entre los gases calientes y los sólidos se aprovecha para calentar estos últimos y separar el vapor.

-

Las temperaturas de desecación varían hasta 1000 °K, que es la temperatura limitante para casi todos los metales estructurales de uso común.

-

A temperaturas de gases inferiores al punto de ebullición, el contenido de vapor del gas influye en la velocidad de desecación y el contenido final de humedad del sólido. A temperaturas superiores el efecto es mínimo, por lo tanto los vapores sobrecalentados del líquido que se está separando pueden servir para desecar.

-

Para desecaciones a temperaturas bajas y cuando las humedades atmosféricas son excesivamente elevadas, quizás sea necesario deshumidificar el aire de desecación.

-

La eficiencia mejora al aumentarse la temperatura del gas de entrada, para una temperatura de salida constante.

-

Las cantidades de gas para abastecer todo el calor de desecación, dependen de la temperatura de entrada del gas, la temperatura de desecación y la cantidad de materia a tratar.

-

Se requieren equipos grandes cuando las partículas del sólido son pequeñas.

 Secadores indirectos: El calor de desecación se transfiere al sólido húmedo a través de una pared de retención. El líquido vaporizado se separa independientemente del medio de calentamiento. La velocidad de desecación depende del contacto que se establezca entre el material mojado y las superficies calientes. Los secadores indirectos se llaman también secadores por conducción o de contacto. Características de los Secadores Indirectos. -

El calor se transfiere al material húmedo por conducción a través de una pared de retención, casi siempre de índole metálica.

-

Las temperaturas de superficie pueden variar desde niveles inferiores al de congelación hasta mayores que 800

K, en el caso de secadores

indirectos calentados por productos de combustión. -

Los secadores indirectos son apropiados para desecar a presiones reducidas y en atmósferas inertes, para poder recuperar los disolventes y evitar la formación de mezclas explosivas o la oxidación de materiales que se descomponen con facilidad.

-

Los secadores indirectos que utilizan fluidos de condensación como medio de calentamiento son en general económicos, desde el punto de vista de consumo de calor.

-

La recuperación de polvos y material finamente pulverizados se maneja de un modo más satisfactorio en los secadores indirectos que en los directos.

 Secadores diversos: -

Secadores dieléctricos: Operan sobre el principio de generación de calor dentro de los sólidos, colocándolos dentro de un campo eléctrico de alta frecuencia.

-

Secadores solares: Operan sobre el principio la energía solar para el secado de frutas y disecación al sol.

-

Secadores Infrarrojos: Dependen de la transferencia de energía radiante para evaporar la humedad. La energía radiante se suministra eléctricamente por medio de lámparas infrarrojas, resistencias eléctricas o refractarios incandescentes calentados por gas .Su aplicación principal es el horneado o la desecación de capas de pintura y el calentamiento de capas delgadas de materiales.

Según las características de manejo y las propiedades físicas del material mojado  Secadores discontinuos o por lote: -

Secadores Directos Por lotes: se diseñan para operar con un tamaño específico de lote de alimentación húmeda, para ciclos de tiempo dado. En los secadores por lote las condiciones de contenido de humedad y temperatura varían continuamente en cualquier punto del equipo.

-

Secadores Indirectos Por lotes: En general los secadores indirectos por lotes se adaptan muy bien a operaciones al vacío. Se subdividen en tipos agitados y no agitados.

 Secadores continuos: -

Secadores

Directos

Continuos:

La

operación

es

continua

sin

interrupciones, en tanto se suministre la alimentación húmeda. Es evidente que cualquier secador continuo puede funcionar en forma intermitente o por lotes, si así se desea.

 Secadores Indirectos Continuos: La desecación se efectúa haciendo pasar el material de manera continua por el secador, y poniéndolo en contacto con las superficies calientes.

-

Secadores para sólidos granulares o rígidos y pastas semisólidas.

-

De bandejas: También se llama secador de anaqueles, de gabinete, o de compartimientos, el material, que puede ser un sólido en forma de terrones o una pasta, se esparce uniformemente sobre una bandeja de metal de 10 a 100 mm de profundidad.

Un ventilador recircula aire calentado con vapor

paralelamente sobre la superficie de las bandejas. También se usa calor eléctrico, en especial cuando el calentamiento es bajo. Más o menos del 10 al 20% del aire que pasa sobre las bandejas es nuevo, y el resto es aire recirculado. Después del secado, se abre el gabinete y las bandejas se remplazan por otras con más material para secado. Una de las modificaciones de este tipo de secadores es el de las bandejas con carretillas, donde las bandejas se colocan en carretillas rodantes que se introducen al secador. Esto significa un considerable ahorro de tiempo, puesto que las carretillas pueden cargarse y descargarse fuera del secador. -

Secadores de tamices transportadores: Una capa de espesor del material que se va a secar se transporta lentamente sobre un tamiz metálico que se mueve a través de una larga cámara o túnel de secado. La cámara consiste de una serie de secciones separadas, cada una con su propio ventilador y calentador de aire. En el extremo de la entrada del secador, el aire por lo general pasa hacia arriba a través del tamiz y de los sólidos, mientras que cerca del extremo se descarga, donde el material está seco y puede desprender polvo, el aire circula hacia abajo a través del tamiz La temperatura y la humedad del aire son diferentes en distintas secciones con el fin de alcanzar las condiciones óptimas de secado en cada punto

-

Secadores rotatorios: Un secador rotatorio consiste en una carcasa cilíndrica giratoria, dispuesta en forma horizontal o ligeramente inclinada

hacia la salida. La alimentación húmeda entra por un extremo del cilindro; el producto seco descarga por el otro. Al girar la carcasa, unas pestañas internas levantan los sólidos para caer después en forma de lluvia a través del interior de la carcasa. Los secadores rotatorios se calientan por un contacto directo del gas con los sólidos, por gas caliente que pasa a través de un encamisado extremo, o por medio de vapor de agua que condensa en un conjunto de tubos instalados sobre la superficie interior de la carcasa. -

Secadores de lecho fluido: Las partículas se fluidifican con aire o gas en una unidad de lecho hirviente. Las partículas pequeñas se calientan hasta la temperatura de bulbo seco del gas fluidificante a la salida; por ello, los materiales sensibles a calor han de secarse en un medio suspendido relativamente frío. Aun así, el gas a la entrada puede estar caliente, ya que la mezcla es tan rápida que la temperatura es casi uniforme a la temperatura de salida del gas, por todo el lecho. Si hay partículas finas presentes, procedentes de la alimentación o de la ruptura de partículas del lecho fluidificado, existirá un considerable transporte de sólidos con el gas que sale y será necesario instalar ciclones y filtros de bolsa para la recuperación de finos.

-

Secadores flash: En un secador flash se transporta un sólido húmedo pulverizado durante pocos segundos en una corriente de gas caliente. El secado

tiene

lugar

durante

la

trasportación.

La

velocidad

de

transferencia de calor desde el gas hacia las partículas de sólido suspendido es elevada y el secado es rápido. La temperatura del gas es elevada, pero el tiempo de contacto es tan corto que la temperatura del sólido rara vez supera 50ºC durante el secado.  Secadores que pueden aceptar alimentaciones líquidas o suspensiones. -

Secadores de pulverización: Consiste en la producción de polvos de alta dispersión a partir de un fluido mediante la evaporación del disolvente, lo que se consigue mezclando un gas calentado con un líquido atomizado (pulverizado) en gotas de elevada relación superficie/masa, idealmente de igual tamaño, dentro de un tanque (cámara de secado), que motiva que el disolvente se evapore uniforme y rápidamente a través del contacto directo.

-

Secadores de película delgada: Se suele producir en dos secciones diferentes, la primera sección es un secador-evaporador con agitado vertical donde la mayor parte del líquido se separa de la alimentación, y el sólido parcialmente húmedo se descarga en la segunda sección, donde el contenido residual de líquido del material procedente de la primera sección se reduce hasta el valor deseado.

-

Secadores de tambor: Un secador de tambor consiste en uno o más rodillos metálicos calentados, en cuya superficie exterior una delgada capa de líquido se evapora hasta secar. El sólido seco es retirado de los rodillos a medida que éstos giran muy lento.

Componentes principales  Generador de Aire: Los secadores de aire deben de contar con un sistema que permita la entrada de aire a diferentes velocidades de flujo, por eso se utilizan ventiladores o motores que se utilizan en los sistemas de refrigeración y también extractores de aire los cuales son polarizados de manera inversa para trabajar como generadores de aire.  Calefactor: En calefactores directos el aire es calentado cuando se combina con gases de combustión de escape. En calefactores indirectos en aire o producto es calentado a través de placas de resistencias eléctricas. El costo de los calentadores directos es más bajo que los indirectos, pero algunos productos se llegan a dañar o contaminar debido a los gases.  Alimentador: Los alimentadores o “feeders” más comunes utilizados en los secadores para sólidos húmedos solos transportadores de tornillo, mesas rotantes y bandejas vibratorias. En algunos casos se tienen que utilizar alimentadores especiales en secadores de cama ancha para asegurar la expansión uniforme del alimento Cada tipo de secador industrial tiene su propio conjunto único de componentes, pero en general, los secadores industriales tienden a presentar lo siguiente: cajas rectangulares de acero inoxidable o tanques cilíndricos, manómetros, válvulas de admisión, válvulas de salida, aberturas, conexiones y controles. Los

secadores continuos, a menudo también cuentan con cintas transportadoras para llevar esos materiales.

CONCLUSION La importancia de las máquinas en la producción es indiscutible e inmensa, pues aumentan y aceleran los procedimientos, perfeccionan los trabajos, abaratan las cosas, ahorran esfuerzos penosos, hacen al hombre dueño de la producción, facilitan el comercio, extienden el consumo, satisfacen muchas necesidades y promueven el bienestar universal.

En

el

trabajo

anteriormente descrito, se trató acerca de tres maquinarias como los son: los generadores de vapor, los evaporadores y secadores. Se puede concluir entonces que un generador de Vapor es aquel equipo integrado con el fin de producir vapor a una presión y determinada temperatura, según los requerimientos del proceso (Vapor saturado o Sobrecalentado). Tiene aplicaciones de calentamiento de corriente de procesos, despojamiento y generación de turbina que se mueve;

Los

evaporadores

son

intercambiadores de calor que se encuentran al interior de neveras, refrigeradores domésticos, cámaras de refrigeración industrial, vitrinas comerciales para alimentos y un sinfín de aplicaciones en procesos para la industria de alimentos, así como en procesos químicos; como también tienen aplicaciones como obtención de agua desmineralizada para caldera u otros procesos en la industria de alimentos y farmacología. Finalmente los secadores son equipos utilizados para separar un líquido de un sólido mediante la evaporación. Principalmente es utilizado para reducir o eliminar humedad. En estos equipos la fuente de calor es una corriente de gas caliente.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Wikipedia. Definición de generador de https://es.wikipedia.org/wiki/Generador_de_vapor

vapor.

Disponible

en

Absorsistem. Componentes de una caldera. Disponible https://www.absorsistem.com/tecnologia/calderas/descripci%C3%B3n-decalderas-y-generadores-de-vapor

en:

Tema 1: generadores de vapor. UNEFM. Colmenares, Yoaini. Secadores y evaporadores. UNEFM.