Exposicion Transferencia de calor

Instituto Tecnologico de Ciudad Juarez

Calderas: Clasificacion y partes principales;

Comportamiento y eficiencia de las calderas

Avila Loya Francisco Ivan

06110818

Transferencia de calor

Exposicion

Febrero 2009

CALDERAS

Una caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado.

Caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:

• Esterilización (tindarización), es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos.
• Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petroles pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.
• Generar electricidad a través de de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.

CALDERAS PIROTUBULARES

Se denominan pirotubulares por ser los gases calientes procedentes de la combustión de un combustible, los que circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta bañado por el agua de la caldera.

El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisión de calor por

radiación, y los gases resultantes, se les hace circular a través de los tubos que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de calor por conducción y convección. Según sea una o varias las veces que los gases pasan a través del haz tubular, se tienen las calderas de uno o de varios pasos. En el caso de calderas de varios pasos, en cada uno de ellos, los humos solo atraviesan un determinado número de tubos, cosa que se logra mediante las denominadas cámaras de humos. Una vez realizado el intercambio térmico, los humos son expulsados al exterior a través de la chimenea.

CALDERAS ACUOTUBULARES.

En estas calderas, al contrario de lo que ocurre en las pirotubulares, es el agua el que circula por el interior de tubos que conforman un circuito cerrado a través del calderín o calderines que constituye la superficie de intercambio de calor de la caldera. Adicionalmente, pueden estar dotadas de otros elementos de intercambio de calor, como pueden ser el sobrecalentador, recalentador, economizador, etc.

Estas calderas, constan de un hogar configurado por tubos de agua, tubos y refractario, o

solamente refractario, en el cual se produce la combustión del combustible y constituyendo la zona de radiación de la caldera.

Desde dicho hogar, los gases calientes resultantes de la combustión son conducidos a través del circuito de la caldera, configurado este por paneles de tubos y constituyendo la zona de convección de la caldera. Finalmente, los gases son enviados a la atmósfera a través de la chimenea.

Con objeto de obtener un mayor rendimiento en la caldera, se las suele dotar de elementos, como los ya citados, economizadores y precalentadores, que hacen que la temperatura de los gases a su salida de la caldera, sea menor, aprovechando así mejor el calor sensible de dichos gases.

CALDERAS DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA

Existe una variedad de las anteriores calderas, denominadas de vaporización instantánea, cuya representación esquemática podría ser la de un tubo calentado por una llama, en el que el agua entra por un extremo y sale en forma de vapor por el otro. Dado que el volumen posible de agua es relativamente pequeño en relación a la cantidad de calor que se inyecta, en un corto tiempo la caldera esta preparada para dar vapor en las condiciones requeridas, de ahí la denominación de calderas de vaporización instantánea.

Hay que destacar que en estas calderas el caudal de agua inyectada es prácticamente igual al caudal de vapor producido, por lo que un desajuste entre el calor aportado y el caudal de agua, daría lugar a obtener agua caliente o vapor sobrecalentado, según faltase calor o este fuese superior al requerido.

Partes principales que componen una caldera:

1.- HOGAR: Fogón o caja de fuego y corresponde a la parte en que se quema el combustible. Se divide en puerta del hogar y cenicero.

Las calderas pueden instalarse con Hogares para combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, todo dependerá del proyecto del equipo y de la selección del combustible a utilizar.

2.- Emparrillado: tiene por objeto servir de sostén al lecho de combustible y permitir el paso del aire para la combustión.

3.- Altar: Es un muro de ladrillo refractario que descanse en una estructura metálica que va a continuación de la parrilla.

4.- Conductos de humo: es aquella parte de la caldera por donde circulan los humos o los gases calientes que se han producido en la combustión.

5.- Cajas de humo: Corresponde al espacio de la caldera que desempeña la función de caja colectora de los humos después de haber pasado por todos los conductos antes de salir por la chimenea.

6.- Chimenea: sirve para dar la salida a los gases de la combustión, los cuales deben ser evacuados a una altura suficiente para evitar perjuicios y molestias al vecindario.

También para producir el tiro necesario para que la combustión se efectuara en buenas condiciones y en modo continúo.

7.- Mampostería: Construcción de ladrillo refractarios y ladrillos comunes que tienen como objeto cubrir la caldera para evitar desprendimiento de calor al exterior.

8.- Cámara de agua: Volumen de la caldera que esta ocupada por el agua y tiene como limite inferior un cierto nivel mínimo, del que no debe descender nunca el agua durante su funcionamiento.

9.- Cámara de vapor: Es aquella parte de la caldera que queda sobre el nivel superior del agua (volumen ocupado por el vapor considerando el nivel máximo admisible de agua).

10.- Cámara de alimentación de agua: Es el espacio comprendido entre los niveles máximos y mínimos del agua.

11.- Tapas de registro de inspección o lavado: tapas que tienen por objeto permitir inspeccionar ocularmente el interior de las calderas o lavarlas si es necesario para extraer, en forma mecánica o manual, los lodos que se hayan acumulado y que no hayan salido por las purgas.

12.- Puertas de hombre: puertas cuya tamaño es suficiente para permitir el paso de un hombre para inspeccionar interiormente una caldera y limpiarla si es necesario (pueden tener una o mas puertas de hombre según su tamaño y del equipo)

CÁLCULO DE EFICIENCIA EN CALDERAS