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TERMODINMICA
INTRODUCCINLas Calderas o Generadores de vapor son mquinas
industriales que, aplicando el calor de un combustible slido,
lquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la
industria. Es el elemento esencial en muchas plantas de vapor,
vapor generado por estas calderas, muy importante en plantas donde
se trabaja con alimentos, para calentar agua o generar vapor a
presiones superiores a la atmosfera. El vapor generalmente se por
calor de combustin o elctrica, de acuerdo a las caractersticas de
la mquina que alimenta a la caldera. Las calderas mayormente van
acompaados de una bomba, turbina y un condensador; los cuales
forman un sistema siclo de vapor.En este informe abarcaremos
principalmente sobre una caldera piro tubular por lo tanto
mencionaremos que este tipo de caldera se caracteriza porque los
gases calientes procedentes de la combustin de un combustible,
circulan por el interior de los tubos cuyo exterior est rodeado por
el agua que alimenta a la caldera.
El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la
transmisin de calor por radiacin, y los gases resultantes, se les
hace circular a travs de los tubos que constituyen el haz tubular
de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de calor por
conduccin y conveccin. Una vez realizado el intercambio trmico, los
humos son expulsados al exterior a travs de la chimenea.
Por la importancia del tema se plante los siguientes
objetivos:
Reconocer una caldera piro tubular. Identificar los principales
componentes de una caldera.
Revisin bibliogrfica
Se entiende por generador de vapor o caldera, un recipiente
cerrado, destinado a la produccin de vapor de agua a mayor presin
que la atmosfrica, absorbiendo para esto el calor producido en un
hogar por la combustin de un determinado combustible. El vapor
producido en una caldera ser individualizado por la presin en que
se encuentra expresada en Kg/cm2 o PSI y por su
temperatura.Parmetros tcnicos que caracterizan a una caldera:
presin mxima de trabajo(kg/cm2), superficie de calefaccin (m2),
produccin horaria de vapor normal y de pico (kgv/h) a determinada
temperatura del agua de alimentacin, temperatura de salida de vapor
(C ).Los procesos industriales, la generacin de energa, etc.,
requieren el suministro deimportantes cantidades de vapor. El mismo
se realiza por medio de las calderas,aparatos que aprovechan el
calor liberado en la combustin y lo transmiten al agua travs de
superficies metlicas, producindose as el vapor. Las superficies de
transmisin del calor estn constituidas principalmente por tubos de
acero.CALDERAS PIROTUBULARES: SEGN ALVAREZ J.(1994):Las calderas
pirotubulares se desarrollaron principalmente en dos modelos: De
retorno horizontal y de horno interno o tipo escocs. De Retorno
Horizontal. Son calderas de un bajo costo inicial y de simple
construccin, muy usadas en sistemas de calentamiento de edificios y
produccin de vapor para pequeas factoras. Consisten de un casco
cilndrico con gruesas paredes terminales entre las cuales se
encuentra soportado un gran nmero de tubos de 3" o 4" de dimetro,
aunque se pueden tener dimetros menores, esto da mayor superficie
de transferencia y por ende mayor generacin de vapor. La caldera
est suspendida sobre unos muros de ladrillo en un horno. La
parrilla o quemadores estn localizados directamente debajo de la
parte de enfrente del casco o tambor.
De Horno Interno. Llamada tambin tipo escocs, la combustin tiene
lugar en un horno cilndrico que se encuentra dentro del casco o
tambor de la caldera. Los tubos de humo estn a lo largo del casco y
envuelven al horno por los lados y su parte superior. Los gases que
salen del horno cambian de direccin en una cmara en el extremo y
regresan, recorriendo completamente !a unidad, hasta una caja de
humos localizada en el frente. Este tipo de caldera fue muy
utilizado en los barcos.SEGN GOMEZ J. (2004) La caldera de vapor
pirotubular, concebida especialmente para aprovechamiento de gases
de recuperacin presenta las siguientes caractersticas.El cuerpo de
caldera, est formado por un cuerpo cilndrico de disposicin
horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de
transmisin de calor y una cmara superior de formacin y acumulacin
de vapor.La circulacin de gases se realiza desde una cmara frontal
dotada de brida de adaptacin, hasta la zona posterior donde termina
su recorrido en otra cmara de salida de humos.El acceso al cuerpo
lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas
en la cmara frontal y posterior de entrada y salida de gases,
equipadas con bridas de conexin. En cuanto al acceso, al lado agua
se efecta a travs de la boca de hombre, situada en la bisectriz
superior del cuerpo y con tubuladuras de gran dimetro en la
bisectriz inferior y placa posterior para facilitar la limpieza de
posible acumulacin de lodos.El conjunto completo, calorfugado y con
sus accesorios, se asienta sobre un soporte deslizante y bancada de
slida y firme construccin suministrndose como unidad compacta y
dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar las conexiones a
instalacin.La caldera, una vez realizadas las pruebas y
comprobaciones reglamentarias y legales por una Entidad
Colaboradora de la Administracin, se entrega adjuntando un
"Expediente de Control de Calidad" que contiene todos los
certificados y resultados obtenidos.COMBUSTIBLE USADO
SEGN ESCUDERO-FERNANDEZ(2013) Caldera de combustible
gaseoso:Utilizan como combustible gas natural o GLP(Gas licuado del
petrleo).Pueden ser calderas de pie o murales. Las que suelen
instalarse fijadas a la pared en las viviendas individuales son
calderas murales de gas natural. Algunas de las calderas destinadas
a quemar combustibles solidos pueden adaptarse para quemar
combustibles lquidos o gaseosos cambiando el quemador.FLUIDO
CALOPORTADOR EMPLEADO
SEGN ESCUDERO-FERNANDEZ(2013) Caldera de agua caliente: Son las
mas ampliamente utilizadas porque son las que se emplean en
calefacciones domesticas por radiadores.Cuando se alcanzan las
temperaturas que pueden ser hasta 220C(actuando sobre la presin
para que, a la temperatura de 220C, no se llegue a la temperatura
de ebullicin), se les llama calderas de agua sobrecalentada y
tienen su aplicacin para calentamiento de naves. Calderas de vapor.
Se utiliza agua, pero durante su calentamiento , se evapora
cediendo el calor e el calor en los emisores en forma de CALOR
LATENTE. El fluido retorna a la caldera en estado liquido. Caldera
de aire caliente. El aire caliente se calienta en la caldera. Sus
aplicaciones son limitadas, por ejemplo en pequeas naves.
TRATAMIENTO DE AGUA PARA UNA CALDERA
SEGN GONZALEZ Y SANDOVAL (1999):Durante el proceso de generacin
de vapor se distinguen aspectos interesantes, cada uno presenta
riesgos, principalmente durante la operacin de la caldera.De dichos
aspectos, resalta como el mas importante, por los riesgos de alto
grado tanto en calderas pequeas como en las de gran tamao el
tratamiento de agua para una caldera.El agua natural contiene
ciertas impurezas que aumentan el consumo de combustible y el costo
de mantenimiento as como la reduccin de vida til de la caldera.El
mejor mtodo para eliminar dichas impurezas depende del tamao de la
instalacin, de la presin de trabajo de la caldera, de la cantidad
de agua de repuesto y de las caractersticas del agua cruda.
El agua de una caldera debe tratarse para:
Eliminar la turbidez: La acumulacin de minerales insolubles
finamente divididos o partculas orgnicas, que reducen la claridad
del agua, es lo que se llama turbidez. Si se dejan formaran un lodo
pegajoso y aislante en los domos o envolvente y tambin pueden
producir un arrastre. Eliminar las incrustaciones que causan
perdida de calor, daa la tubera y las superficies de calefaccin.Las
incrustaciones forman un aislamiento entre los gases y el agua, por
lo que hay que mantener temperaturas mas altas para tener la misma
generacin; con lo que el metal de los tubos se sobrecalienta y
falla. La presencia de petrleo en el agua de alimentacin puede
causar la misma falla. Evitar el arrastre que produce
incrustaciones en los sobrecalentadores, turbinas o el equipo que
requiera vapor Eliminar gases: La presencia de oxigeno en el agua
de alimentacin corroe el metal de las calderas. El dixido de
carbono torna el agua ligeramente acida por lo que acelera dicha
corrosin. Evitar que el metal de la caldera se vuelva quebradizo
.Una alta alcalinidad en el agua de una caldera puede ser la causa
de que el metal de la caldera se vuelva quebradizo. Eliminar los
solidos de suspensin: Los solidos en suspensin que causen la
turbidez pueden eliminarse por coagulacin y filtracin. Cuando la
turbidez es mayor de 40ppm o el agua contiene color o materia
orgnica.
MATERIALES Y MTODOS MATERIALES:
MTODO1. Se visit la caldera del comedor U.N.C.P. Para el
reconocimiento de sus principales componentes.
2. El ingeniero explic acerca de las partes de la caldera piro
tubular y absolvi algunas interrogantes.
3. Se tom muestras de agua y se midi la dureza por el mtodo
rpido.RESULTADOS Y DISCUSIONESA) DESCRIPCION DE LA CALDERA:
a) SITEMA DE COMBUSTION:La caldera tiene un quemador caracol,
los tubos estn en forma recta y una posicin horizontal, el
combustible que se utiliza es el petrleo diesel y es encendido por
una chispa. En este sistema se realiza el ciclo de diesel (aire y
combustible para producir calor).
b) SISTEMA DE ALIMENTACION DE AGUA:La caldera visitada contaba
con:
BOMBA TIPO CENTRIFUGA.Su funcin es de impulsar el agua ya
ablandada al caldero, por una tubera de succin por donde alimenta
el agua, tambin tiene tubera de descarga, que se encarga de
descargar el agua de la bomba a la caldera. ZONA DE
ABLANDAMIENTO.Lugar donde se reduce la dureza del agua, esto es muy
importante debido a que si el agua es dura ocasiona sarro, causando
a las tuberas una obstruccin y disminuira la eficiencia, adems se
presentara muchos otros inconvenientes.
TANQUE DEL COMEDORContiene una resina catinica de material
sinttico, las cargas negativas atrapan a las cargas positivas que
tiene el agua dura y las cargas positivas de la resina atrapa las
cargas negativas que tiene el agua dura es as que disminuye la
dureza del agua. Pero cuando la resina catinica se desgasta se le
agrega cloruro de sodio industrial y se hace circular a travs de la
resina y la carga las cargas positivas y las cargas negativas. c)
SISTEMA GENERADOR DE VAPOR:Su principal funcin de este sistema es
el intercambio de calor entre el agua y los gases calientes, la
caldera es pirotubular con trayectoria horizontal.d) SISTEMA DE
EVACUACIN:Este sistema tiene una chimenea por donde sale los gases
o residuos de la combustin, tambin presenta un tiro para regular el
paso de los gases.ALGUNOS EQUIPOS COMPLEMENTARIOS Y DE CONTROLe)
SITEMA DE MEDICIN: . TABLERO DE CONTROLCon este tablero tiene
trabajar de la mano el operario para evitar cualquier accidente o
falla dentro de la caldera y sus sistemas.Cuando hay presencia muy
bajo del nivel de agua, el tablero activa la luz roja que nos
indica que no hay agua y de manera rpida se prende la bomba, para
brindar agua al caldero. BARMETRO DE BOURDUMSu funcionamiento es
importante gracias a ello sabemos a que presin est el caldero, que
generalmente se encuentra en 70 PSI por 5 atm.
CABECEROEs en donde se acumula el vapor de agua a altas
presiones, para luego ser ingresado a la zona de estrangulamiento
en donde la presin con que ingresa se reduce a 15 PSI por 1
atm.
MIRILLANos ayuda a identificar el color de la llama del petrleo
(amarillo intenso) y ver la cantidad de oxigeno si es la adecuada o
no.
PURGAEsta ubicada en la parte superior de la caldera y ayuda
extraer una muestra de la caldera y ver si el lodo o residuos
(sarros) estn concentrados o no en el fondo. VALVULASSon silbatos
de que comienza a moverse o silbar, al estar en una presin de
5atm.f) CONDESADORES:Forma parte del sistema, es cuando el vapor
regresa del comedor y se convierte en lquido, regresando hasta la
caldera, sin ningn tratamiento durante esta trayectoria.
g) SISTEMA DE SEGURIDADEsta consta de pitos; que hacen que
cuando hay una obstruccin o hay un fallo en la caldera y no sale el
vapor, este silbato se funda ya que tiene estao y ayuda regular la
presin y disminuye el peligro en la caldera.
h) SISTEMA DE ESTRANGULAMIENTO.Este sistema al ingresar vapor a
alta presin ser disminuido hasta tener 15 PSI y a 1 atm, luego ser
llevado por el subsuelo mediante tuberas a las marmitas y
finalmente cumpliendo su objetivo.
B) PRUEBA DE ABLANDAMIENTO DE AGUA:Luego de realizar la prueba
de ablandamiento de agua se obtuvo los siguientes resultados:
Se observ que la espuma se form despus de agitar el tubo con
gotas de jabn lquido, el cual que nos indica que el agua est en un
correcto ablandamiento de 5ppm, de 2cm y duro 1min.Conclusiones Se
lleg a determinar el ablandamiento de agua de la caldera, lo cual
est en el rango de 5 ppm.
El operario es la persona indicada para mantener el sistema en
funcionamiento, esto se debe a que tiene que trabajar de la mano
con el tablero de control, as evitar problemas durante el
funcionamiento y en el sistema.
Es muy importante la zona de estrangulamiento, porque gracias a
ello podemos hacer el uso del vapor siempre y cuando la presin con
la que entro se reduce a 15 PSI para ser luego distribuido
correctamente.
Par un correcto funcionamiento de la caldera tiene que estar
bien todo sus dispositivos, y sistemas aledaos que lo componen solo
as alcanzara su mxima eficiencia dicha mquina.RECOMENDACIONES Estar
muy atentos a las explicaciones e informacin que brinda el docente
sobre el funcionamiento de las calderas, para as poder entender
bien su funcionamiento.
Observar bien cada uno de los sistemas que consta una caldera,
para entender bien su rol que cumple con la caldera.
Para una empresa que utilice calderas, se les recomienda que su
mantenimiento se deba realizar con frecuencia para tener siempre un
mejor rendimiento de la misma.
Bibliografa A. Sandoval, D. Martnez ANALISIS DE RIESGOS DEL
TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS. Primera edicin -1999.
ALVAREZ CORREA, JAIME. Aplicaciones termo grficas en calderas.
ECOPETROL,1994.
ESCUDERO C., FERNANDEZ I. Maquinas y equipos
Termicos2013.Madrid-Espaa
SECRETARIA DISTRITAL DEL AMBIENTE 2010
http://www.Calderas&ei=KvrFU76BBazKsQT4iYKIDw&usg=AFQjCNEO1y4Tjc55fom_NMCgMs3Ro1pbyg&bvm=bv.71126742,d.cWc
http://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(m%C3%A1quina)
Cuestionario1. QUE MTODOS DE ANLISIS SE REALIZA PARA EL
ABLANDAMIENTO DE AGUA PARA UNA CALDERA. ABLANDADO POR CALSe realiza
en un depsito ablandador donde entra el agua y se mezcla con los
agentes qumicos que producirn la precipitacin de parte de las sales
causantes de la dureza del agua, reduciendo est a unos 300 ppm. Los
reactivos utilizados son: Hidrxido clcico: el pH se vuelve muy
bsico haciendo as precipitar las sales disueltas. Sulfato de
almina: acta de floculante favoreciendo la precipitacin de las
sales antes formadas.De este proceso se obtiene, adems del agua
ablandada, un lodo que se recoge en el fondo cnico del ablandador,
se lleva a un concentrador de lodos, a un tanque de almacenamiento
y finalmente lo carga un camin de retirada. El agua ablandada es
almacenada en un tanque pulmn.
MTODO COMPLEJOMTRICO Se utilizan sustancias indicadoras capaces
de reaccionar con iones metlicos responsables de la dureza del
agua, formando con ellos complejos quelatos y cambiando de
coloracin. As por ejemplo, el negro de Eriocromo T o calcn, es un
indicador que tiene coloracin azul en soluciones acuosas a un pH
10, en presencia de cantidades mnimas de Mg+2 y Ca+2, reaccionan
con estos formando el complejo metlico correspondiente
(M-indicador) el cual tiene un color vino tinto o rosado,
dependiendo de la dureza del agua. Se produce una reaccin de
equilibrio dada por: M+2 (ac) + Indicador M-Indicador (azul) (rojo
o rosado Por otra parte el cido etilendiaminotetractico (EDTA), se
emplea como titulante de esta experiencia, es capaz de reaccionar
con los iones Ca+2 y Mg+2 formando el quelato correspondiente, segn
M+2(ac) + EDTA M-EDTA incoloro. MTODO DE INTERCAMBIO INICOEste
mtodo es una aplicacin de un viejo proceso que desde hace aos se ha
usado para suavizar el agua domstica. El sistema funciona mediante
el intercambio de iones de una solucin con los iones de carga
similar de una resina. Cuando se utiliza el intercambio inico para
recuperar plata el complejo de tiosulfato de plata, de carga
negativa, que se encuentra en el agua de lavado o en una mezcla de
aguas de lavados residuales, se intercambia con el anin de la
resina. A esto se le llama paso de agotamiento, y se realiza
haciendo fluir la solucin a travs de una columna que contiene la
resina.Se utilizan tres sistemas comunes de intercambio inico: el
intercambio inico convencional, la precipitacin in situ y el
circuito electroltico de intercambio inico (combinacin de los dos
primeros mtodos).Intercambio inico convencionalLa unidad de
intercambio inico colecta la plata del blanqueador-fijador. Despus
se relava con tiosulfato de amonio [(NH4) 2S2O3)] y, luego se
desplata electrolticamente. El efluente que sale de la unidad de
desplatado se usa entonces para la siguiente etapa de
relavado.Intercambio inico con precipitacin in situSe utiliza cido
sulfrico diluido para que la plata se precipite en los trozos de
resina como sulfuro de plata, en vez de extraerla con un
regenerador. La resina puede usarse en muchos ciclos sin que pierda
su capacidad de recuperar plata. Cuando finalmente la pierde (al
cabo de seis meses a un ao), o cuando la plata es insuficiente para
que la recuperacin sea costeable, la resina se enva a un refinador
de plata, que la incinera para extraer el metal.Sistema
electroltico e intercambio inico combinadosEste mtodo usa un
sistema electroltico para la recuperacin primaria, y un sistema de
intercambio inico con precipitacin in situ para desplatar an ms el
efluente.
1. CUAL ES LA TEMPERATURA DE LOS GASES CALIENTES QUE SALEN POR
LA CHIMENEA Y QUE ALTERNATIVAS DE USO PLANTEA.La temperatura neta
en la chimenea se obtiene restando la temperatura ambiente, de la
temperatura de la temperatura de los gases de combustin. La
temperatura con la que salen los gases son superiores a los 100C, y
se pueden utilizar en lo siguiente casos aprovechando su energa
calorfica que lo podemos transportar por medio de tubos a una cmara
de secado de alimentos que solo requiere entre 40 y 60 . De la
misma manera podemos utilizar su energa calorfica para calentar
agua y tambin en aparatos de coccin puesto que los gases calientes
no van estar en contacto con el alimento y no va haber
contaminacin.
1. REALIZAR EL BALANCE DE ENERGIA REAL DE LA CALDERA DEL COMEDOR
UNIVERSITARIO.
Sabiendo que:
Ing. ING.EDGAR R. ACOSTA LOPEZ