2.1. DISEÑO (Dimensionamiento del
Equipo).
Type of construccion: Welded
Im Co Se Nº:
Firing Rate: C.F.A.
Firing: 4.7 G.H.P.
Rated: 502.500 BTU/H
Nat: B.N.N. 27303
Certified by: Y – S
Max working pres
Steam: 125
Heating surface: 43.1
Serial Nº 97-20361 H-12448
Year Shipped: 1997
Max Stim Cap: 518 lb/H
Motor. 120 vols
Cycle: 60 Phasg 1
Bummer mt cov 4.3 amps
F.W. Pump mt. wr: 9.8 amps
Fuel pump mt. cor: —– amps
Heater current: —– amps
Control current: 4.6 amps
Model Nº 320- UTB – 15 – 2
– wet back
BOILER Nº A89 – 1036
194477
2.2. CONSTRUCCIÓN, MONTAJE Y
PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO
La construcción de las calderas
implica la interacción de muchas variables:
circulación de agua y de
vapor, características del combustible, sistema de
combustión y acceso de calor,
así como transmisión del mismo. La carcasa del
hogar es uno de los componentes más críticos de una
caldera y debe diseñarse con criterio conservador para
asegurar una disponibilidad elevada del hervidor. La
configuración del hogar y su tamaño están
determinados por las necesidades de combustión, por las
características del combustible, por las normas mas
relativas a la emisión de efluentes gaseosos y de la
materia solida
en partículas, así como por la necesidad de prever
un flujo y una temperatura
uniformes en el gas que accede a
la zona de convección, con el fin de minimizar los
depósitos de cenizas y temperatura excesiva en el material
del sobrecalentador. Una vez montado el equipo y calibrado sus
componentes de control en
encendido se produce al dar paso a la corriente
eléctrica, el panel de control
se encargara de medir todas las variables que se presentan en la
caldera para posteriormente abrir la válvula de la
alimentación de agua a calentar, la
válvula de el combustible, encender el quemador y generar
el impulso eléctrico que inicia la
combustión.
2.3. PRODUCCION (Operación y
mantenimiento).
MANTENIMIENTO:
MANTENIMIENTO DIARIO. Por el operador de la
caldera.
1. Limpiar las boquillas del quemador de la
caldera.2. Comprobar el nivel de lubricantes para el
compresor en el tanque aire–aceite. Debe de estar a 1/2 de
nivel, esto es, dentro del tercio medio y si está
más bajo, ponerlo a nivel.3. PURGAR LA CALDERA POR LO MENOS CADA OCHO
HORAS DE TRABAJO, TANTO DE LA PURGA DE FONDO COMO DE SUS
COLUMNAS DE CONTROL DE NIVEL. ESTO SE HACE SUBIENDO EL NIVEL
DE AGUA A 1/2 CRISTAL Y PURGANDO HASTA QUE ARRANQUE LA BOMBA
DE ALIMENTACION. RECOMENDAMOS CONSULTAR A SU EXPERTO EN
TRATAMIENTO DE AGUAS AL RESPECTO y ES MUY IMPORTANTE SE SIGAN
SUS INSTRUCCIONES ASI COMO TAMBIEN COLOCAR LAS INSTRUCCIONES
QUE SOBRE PURGAS DE FONDO Y CONTROL DE NIVEL, ENVIA LA
FABRICA CON EL MANUAL DE OPERACION. LEA Y SIGA LAS
INSTRUCCIONES DE LA PLACA DE ADVERTENCIA QUE APARECE A UN
COSTADO DE LA CALDERA.4. Comprobar así mismo que la
presión indicada por los manómetros de entrada
al combustible, la presión en la válvula
medidora y la presión de salida de combustible, son
las fijadas en su Manual de Operaci6n.5. Comprobar si la presión de aire de
atomizaci6n es la correcta.6. Comprobar y registrar la temperatura de los
gases de la chimenea.7. Tomar análisis de gases de
combustión y registrar en bitácora.
MANTENIMIENTO CADA TERCER DIA. Por el
operador de la caldera.
1. Comprobar que la trampa del calentador de
vapor opera correctamente.2. Limpiar los filtros de combustible que
están en la succión de la bomba.
MANTENIMIENTO CADA OCHO DIAS. Por el operador
de la caldera.
1. Comprobar que no hay fugas de gases ni de
aire en las juntas de ambas tapas y mirilla
trasera.2. Comprobar la tensión de la banda al
compresor.3. Limpiar el filtro de lubricante, que
está pegado al compresor.4. Lavar los filtros, tanto el de entrada a la
bomba como el de entrada de agua al tanque de
condensados.5. Limpiar el electrodo del piloto de
gas.6. Comprobar que los interruptores
termostáticos del calentador de combustible operen a
la temperatura a que fueron calibrados al hacer la puesta en
marcha. Consulte su Manual de Operaci6n.7. Inspeccione las prensas estopas de la bomba
de alimentación de agua.
MANTENIMIENTO QUINCENAL. Por el operador de
la caldera.
1. Hacer limpieza de todos los filtros de agua,
aceite combustible y aceite lubricante.2. Probar la operaci6n por falla de
flama.3. Revisión a las condiciones del
quemador, presión, temperatura, etc.4. Checar los niveles de entrada y paro de la
bomba, haciendo uso de las válvulas de purga de fondo
de la caldera.5. Asegúrese que la fotocelda este
limpia, así como el tubo en donde se encuentra
colocada.
MANTENIMIENTO MENSUAL. Por el operador de la
caldera.
1. Comprobar que los niveles del
agua son los indicados: 58 mm (2 1/4") de nivel
máximo. 45 mm (13/4") arranque de la bomba. 32 mm. ( 1
¼") corte por bajo nivel2. COMPROBAR EL BAJO NIVEL, BAJANDO EL
INTERRUPTOR DE LA BOMBA DE ALIMENTACION. EL AGUA AL
EVAPORARSE IRA DISMINUYENDO EL NIVEL Y SI AL LLEGAR A 32 mm
(11/4") NO SE CORTA EL POR BAJO NIVEL, HAY QUE PARAR
INMEDIATAMENTE LA CALDERA E INSPECCIONAR EL BULBO DE MERCURIO
DE TRES HILOS (DEL LADO DE LA CALDERA) ASI COMO TAMBIEN
ASEGURARSE DE UN CORRECTO FUNCIONAMIENTO DEL FLOTADOR Y QUE
LA COLUMANA ESTE EXCENTA DE LODOS O ACUMULACIONES.3. Comprobar el voltaje y cargas que toman los
motores.
6) MANTENIMIENTO DE CALDERA TRIMESTRAL. Por el
operador de la caldera.
Observar la temperatura del termómetro de
salida de gases de la chimenea de la caldera, cuando tenga
80°C por arriba de la temperatura del vapor saturado es
indicativo que la caldera está hollinada y hay que
proceder a limpiarlaEs conveniente también que se destapen varias
tortugas ó registros de en medio y de la parte de
abajo, para ver el estado de limpieza interior por el lado
del agua. Llame al técnico en tratamiento de
agua.Cada vez que se desholline es conveniente para la
mejor conservación del refractario, darle una lechada
con mortero refractario, tanto a la tapa trasera como al
refractario del hogar. Cambie los empaques. !Tirar ligeramente de las palancas de las
válvulas de seguridad 'para que escapen y evitar que
peguen en su asiento.
7) MANTENIMIENTO DE CALDERA SEMESTRAL.
1. Comprobar el nivel de aceite del reductor de
velocidad de la bomba de combustible.2. Revisar los empaques del prensa-estopa de la
bomba de alimentación de agua. En caso de encontrarse
secos, cámbiense por nuevos.3. Efectué Limpieza general a los
contactos del programador de flama y los arrancadores con un
trozo de género limpio, humedecido con tetracloruro de
carbono.4. No después de tres meses de efectuada
la puesta en marcha inicial de la caldera y después,
según las condiciones lo requieran, la caldera
deberá ser enfriada y secadas las cubiertas quitadas y
el interior debe ser lavado con agua a presión. Tubos
y espejos deberán ser inspeccionados al mismo tiempo
para buscar incrustaciones. La efectividad del tratamiento de
agua y el porcentaje de agua de repuesto requerida,
determinarán los siguientes períodos de
limpieza. El servicio de su experto en tratamiento de agua,
deberá incluir inspecciones al interior de la caldera,
así como análisis del agua
periódicas.5. Inspeccione los tubos fluxes por el lado del
hollín y límpiense de ser necesario.6. Inspeccione el material refractario del
horno y la puerta trasera.7. Limpie las grietas y saque el material
refractario que se haya desprendido. Recubra el mismo con un
cemento refractario de – . fraguado al aire; el
período de este recubrimiento varía con el tipo
de carga y operación de la caldera y deber ser
determinado por el operador al abrir las puertas para hacer
limpieza de hollín.8. Revise sus bandas de transmisión, de
la tensión apropiada9. Es conveniente lavar la caldera
interiormente. Para hacer esto, se quita la reducción
del manómetro que va en la tee a la salida de la bomba
de alimentación de agua, se coloca ahí una
reducción al tamaño de la manguera que se va a
utilizar. Antes de hacer todo esto, se enfría la
caldera, bajándola de presión y haciendo
circular el agua, purgándola para que entre agua
fría, así, hasta que este totalmente
fría. La operación de enfriamiento
deberá hacerse con lapsos de reposo de 20 a 25 minutos
para que el enfriamiento no sea brusco y dañe los
fluxes. Luego se vacía totalmente de agua y se quitan
todas las tortugas. Ya habiendo puesto la manguera en la
bomba, se cierra la válvula de entrada de agua a la
caldera y al poner a funcionar la bomba, sale agua por la
manguera a bastante presión. Con este chorro de agua
se lava la caldera interiormente, se mete la manguera por
todos los registros de mano hasta que quede bien limpia. Se
tapa, limpiando perfectamente las tortugas y el asiento de la
misma en la caldera.10. Comprobar la limpieza de las columnas de
control y de las entradas del agua de la bomba de
alimentación y el inyector-11. Comprobar y lavar los pressuretro1es, toda
la línea de los mismos y la línea del
manómetro.12. Se refrescan las cuerdas al tornillo de las
tortugas y se les pone grafito con aceite para que no se
peguen.13. DESTAPAR TODAS LAS CRUCES Y COMPROBAR QUE
ESTEN LIMPIAS. LIMPIAR CADA SEIS MESES CUANDO
MENOS.
8) MANTENIMIENTO DE CALDERA ANUAL
1. Limpiar el calentador eléctrico y el
calentador de vapor para combustible, así como asentar
la válvula de alivio y las reguladoras de
presión.2. Revisar el estado en que se encuentran todas
las válvulas de 1 la caldera, asentarlas si es
necesario y si no se pueden asentar, cambiarlas por otras
nuevas.3. Re engrasar los baleros de la bomba de agua
de combustible.4. Re lubricar los baleros sellados de las
transmisiones ó motores que tengan este tipo de
baleros. Repónganse los sellos cuidadosamente,
reemplácense los baleros defectuosos ó los que
se tenga duda.5. Vacíe y lave con algún
solvente apropiado el tanque aire-aceite , así como
todas las tuberías de aire y aceite que de él
salgan, procurando que al reponerlas, queden debidamente
apretadas6. Cámbiese el lubricante por aceite
nuevo SAE 10.7. Desarme e inspeccione las válvulas de
seguridad, así como las tuberías de
drenaje.
Definición de
la unidad generadora de vapor
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.
Según la ITC-MIE-AP01, 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.
La fuente de calor empleada para vaporizar el agua en las
plantas
generadora de vapor es vapor de alta o baja presión, el
que a su paso por lo serpentines de calentamiento, se condensa,
cediendo su calor latente al agua cruda q va ser evaporada.
Así, en un evaporador existen dos fuentes de
agua destilada. Una, es el condensado de vapor que se ha empleado
en calentar el agua, la cual reemplaza al vapor usado por el
evaporador u no puede , por lo tanto, ser considerada como
“repuesto“. La otra, es el vapor condensado que se convierte en
vapor y posteriormente se condensa, los sólidos en
suspensión o disuelto en el agua permanecen en la
cámara de destilación, a menos q sean arrastrado
mecánicamente por el vapor o que pasen en forma de
gases.
Los generadores de vapor utilizados en los campos
petrolíferos difieren significativamente de las calderas
convencionales. Estas, por lo general, se utilizan para generar
vapor saturado o quizás vapor sobrecalentado para mover
turbinas de vapor.
Debido a las altas velocidades del fluido es necesario
separar el vapor del líquido antes de que el vapor sea
dirigido a las turbinas, pues de lo contrario las gotas de
líquido las dañaría. Como alternativa se
puede utilizar el vapor sobrecalentado para evitar la
separación liquido vapor. La separación se puede
lograr mediante tambores giratorios, haciendo uso de las fuerzas
centrifugas y de inercia, resultante de su rotación. El
agua condensada es recogida corriente debajo de las turbinas para
reutilizarla, por lo cual requiere muy poca agua de
reemplazo.
Revisión de
los conceptos generales de vapor de agua
4.1. CALOR.
Es posible definirlo como energía transferencia
de energía de un cuerpo a otro, se puede asociar al
movimiento de
los átomos, moléculas y otras partículas que
forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones
químicas (como en la combustión), reacciones
nucleares (como en la fusión
nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior
del Sol), disipación electromagnética (como en los
hornos de microondas) o
por disipación mecánica (fricción). Su concepto
está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos
cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su
temperatura se equilibre.
Tipos:
Contador de calor
4.2. TEMPERATURA.
Propiedad de los sistemas que
determina si están en equilibrio
térmico. El concepto de temperatura se deriva de la idea
de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de que el suministro de calor a
un cuerpo con lleva un aumento de su temperatura mientras no se
produzca la fusión o ebullición.
Tipos:
Termómetro de
mercurioPirómetro (700ºc –
3200ºc)Termómetro de lámina
bimetálicaTermómetro de gas
Termómetro de
resistenciaTermopar
Termistor
4.3. DIFERENCIA ENTRE CALOR Y
TEMPERATURA.
Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su
temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura
son lo mismo. Sin embargo este no es el caso. El calor y la
temperatura están relacionadas entre si, pero son
conceptos diferentes.
El calor es la energía total del movimiento
molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de
la energía molecular media. El calor depende de la
velocidad de
las partículas, su número, su tamaño y su
tipo. La temperatura no depende del tamaño, del
número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso
pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de
un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene
más agua y por lo tanto más energía
térmica total.
El calor es lo que hace que la temperatura aumente o
disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si
quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas
más altas tienen lugar cuando las moléculas se
están moviendo, vibrando y rotando con mayor
energía.
Si tomamos dos objetos que tienen la misma temperatura y
los ponemos en contacto, no habrá transferencia de
energía entre ellos porque la energía media de las
partículas en cada objeto es la misma. Pero si la
temperatura de uno de los objetos es más ala que la otra,
habrá una transferencia de energía del objeto
más caliente al objeto más frío hasta que
los dos objetos alcancen la misma temperatura.
La temperatura no es energía sino una medida de
ella, sin embargo el calor sí es
energía.
4.4. CALOR ESPECIFICO DEL AGUA
LIQUIDA
Esta propiedad
está en relación con los puentes de
hidrógeno que se crean entre las moléculas de agua.
El agua puede absorber grandes cantidades de calor que utiliza
para romper los puentes de hidrógeno, por lo que la
temperatura se eleva muy lentamente. El calor específico
del agua se define como la cantidad de energía necesaria
para elevar la temperatura en un grado centígrado a un
gramo de agua en condiciones estándar y es de
1 cal/°C . g, que es igual a 4,1840 J/oK .
g.
4.5. CAPACIDAD CALORIFICA DEL AGUA
LIQUIDA.
Energía necesaria para aumentar en un grado la
temperatura de un cuerpo. Sus unidades son J·K-1 o
J·ºC-1.
Si un cuerpo intercambia cierta cantidad de
energía térmica Q y se produce un
incremento de temperatura ?T, la relación entre ambas
magnitudes es: Q = C·?T donde C
es la capacidad calorífica del cuerpo. Aumentar o
disminuir la temperatura de un gas encerrado en un recipiente se
puede realizar a volumen o a
presión constante, por lo que en el caso de las sustancias
gaseosas se habla de capacidad calorífica a volumen
constante, Cv, y de capacidad calorífica a
presión constante, Cp.
La capacidad calorífica de un cuerpo es
proporcional a la cantidad de masa presente: C =
m·cLa constante c se denomina capacidad
calorífica específica o, más
comúnmente, calor específico y sólo depende
del tipo de sustancia de que se trate, pero no de su cantidad. Es
la energía necesaria para elevar en un grado la
temperatura de un kilogramo de una sustancia.
Igualmente se puede utilizar el concepto de capacidad
calorífica molar, que se define como la energía
necesaria para elevar en un grado la temperatura de un mol de
sustancia.
Cp = C1 + C2 x T + C3 x T2 + C4 x T3 +
C5 x T4
NOMBRE | C1 | C2 | C3 | C4 | C5 | TMIN (K) | CP a T MIN x1E-05 | TMAX (K) | CP a TMAX X1E-05 | |
AGUA | 2.76E+05 | -2.09 E+03 | 8.13 E+00 | -1.41 E-02 | 9.37 E-06 | 273 | 0.7615 | 533 | 0.8939 | |
4.6. PRESION ATMOSFERICA.
La presión atmosférica es la fuerza que el
peso de la columna de atmósfera por encima
del punto de medición ejerce por unidad de área.
La unidad de medición en el sistema métrico decimal
es el hectoPascal (hPa) que corresponde a una fuerza de 100
Newton sobre
un metro cuadrado de superficie. La variación de la
presión con la altura es mucho mayor que la
variación horizontal, de modo que para hacer comparables
mediciones en lugares distintos, hay que referirlas a un nivel
común (usualmente el nivel del mar).
1 mm de mercurio (a
0°C) = 1.332 hPa1 hPa = 1 milibar (mb)1 atmósfera
estándar = 1013.25 hPa
4.7. PRESION MANOMETRICA.
Son normalmente las presiones superiores a la
atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se
define la diferencia entre la presión que es desconocida y
la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto
de la presión es constante y la presión
atmosférica aumenta, la presión manométrica
disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña
mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha
diferencia es insignificante.
4.8. PRESION ABSOLUTA.
Se denomina presión absoluta a la
presión que soporta un sistema respecto al cero absoluto.
Para poder decir
que existe sobrepresión la presión absoluta debe
ser superior a la presión atmosférica.Sin embargo,
cuando la presión absoluta es inferior a la presión
atmosférica decimos que existe una depresión.Para complicar un poco el asunto,
diremos que la sobrepresión y la depresión son la
presión relativa.Hay que tener en cuenta, que tanto la
presión absoluta (Pab) como la presión relativa
(Pr) están en función de
la presión atmosférica (P0).
Pab = Pr + Patm
4.9. PRESION DE VAPOR.
La presión de vapor o más
comúnmente presión de saturación es la
presión a la que a cada temperatura las fases
líquida y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es
independiente de las cantidades de líquido y vapor
presentes mientras existan ambas. En la situación de
equilibrio, las fases reciben la denominación de
líquido saturado y vapor saturado.
Imaginemos una ampolla de cristal en la que se ha
realizado el vacío y que se mantiene a una temperatura
constante. Si introducimos una cierta cantidad de líquido
en su interior éste se evaporará rápidamente
al principio hasta que se alcance el equilibrio entre ambas
fases.
Las moléculas de la superficie del líquido
que tengan una mayor energía escaparán de la
superficie y pasarán a la fase vapor (evaporación)
mientras que las moléculas del vapor chocarán con
las paredes de la ampolla y entre sí, perderán
energía y caerán al líquido
(condensación).
Inicialmente sólo se produce la
evaporación, ya que no hay vapor; sin embargo, a medida
que la cantidad de vapor aumenta y por tanto la presión,
en el interior de la ampolla se va incrementando también
la velocidad de condensación, hasta que, transcurrido un
cierto tiempo, ambas
velocidades se igualan. Llegado este punto, se habrá
alcanzado la presión máxima posible en la ampolla
(presión de vapor o de saturación), que no
podrá superarse salvo que se incremente la
temperatura.
El equilibrio se alcanzará más
rápidamente cuanta mayor sea la superficie de contacto
entre el líquido y el vapor, pues así se favorece
la evaporación del líquido, del mismo modo que un
charco de agua extenso, pero de poca profundidad, se seca
más rápido que uno más pequeño, pero
de mayor profundidad, que contenga igual cantidad de agua. Sin
embargo, el equilibrio se alcanza en ambos casos para igual
presión.
El factor más importante que determina el valor
de la presión de saturación es la propia naturaleza del
líquido, de modo que, en general, entre líquidos de
naturaleza similar, la presión de vapor a una temperatura
dada es tanto menor cuanto mayor es el peso molecular del
líquido.
4.10. CALOR SENSIBLE DEL
AGUA.
Calor sensible es aquel que recibe un cuerpo y hace que
aumente su temperatura sin afectar su estructura
molecular y por lo tanto su estado. En general, se ha observado
experimentalmente que la cantidad de calor necesaria para
calentar o enfriar un cuerpo es directamente proporcional a la
masa del cuerpo y el número de grados en que cambia su
temperatura. La constante de proporcionalidad recibe el nombre de
calor específico. El calor sensible se puede calcular
por:
Qs = ?HL = m CP (t2 –
t1)
CALOR SENSIBLE AÑADIDO AL
AGUA DESDE TEMPERATURA AMBIENTE HASTA LA TEMPERATURA DE
EBULLICION (100ºc a una atmosfera de
presión).
4.12. CALOR SENSIBLE TOTAL DEL AGUA
LIQUIDA A EBULLICION A PRESION ATMOSFERICA.4.13. PUNTOS DE EBULLICIÓN
DEL AGUA POR DEBAJO DE LA PRESIÓN
ATMOSFERICA.La ebullición es el proceso
físico en el que un líquido pasa a estado
gaseoso. Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del
líquido iguala al punto de ebullición del
líquido a esa presión.Si se continúa calentando el líquido,
éste absorbe el calor, pero sin aumentar la
temperatura: el calor se emplea en la conversión del
agua en estado líquido en agua en estado gaseoso,
hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En
ese momento es posible aumentar la temperatura de la masa
gaseosa.Punto de ebullición de agua a
diferentes presiones (presión de vapor de agua a
diferentes temperaturas)Presión de vapor,
mm Hg?, °?
Presión de vapor,
mm Hg?, °?
680
96,92
721
98,53
681
96,96
722
98,57
682
97,00
723
98,61
683
97,04
724
98,65
684
97,08
725
98,69
685
97,12
726
98,72
686
97,16
727
98,76
687
97,20
728
98,80
688
97,24
729
98,84
689
97,28
730
98,88
690
97,32
731
98,91
691
97,36
732
98,95
692
97,40
733
98,99
693
97,44
734
99,03
694
97,48
735
99,07
695
97,52
736
99,10
696
97,56
737
99,14
697
97,60
738
99,18
698
97,63
739
99,22
699
97,67
740
99,26
700
97,71
741
99,29
701
97,75
742
99,33
702
97,79
743
99,37
703
97,83
744
99,41
704
97,87
745
99,44
705
97,91
746
99,49
706
97,95
747
99,52
707
97,99
748
99,56
708
98,03
749
99,59
709
98,07
750
99,63
710
98,11
751
99,67
711
98,14
752
99,70
712
98,18
753
99,74
713
98,22
754
99,78
714
98,26
755
99,82
715
98,30
756
99,85
716
98,34
757
99,89
717
98,38
758
99,93
718
98,42
759
99,96
719
98,45
760
100,00
720
98,49
4.14. DENSIDAD DEL
AGUA.En la tabla se muestra la
densidad del agua a distintas temperaturas. Se observa que el
agua alcanza su densidad máxima a 4
ºC.TEMPERATURA
(ºC)DENSIDAD (kg/m3)
0
999.8
2
999.9
4
1000.0
6
999.9
8
999.8
10
999.7
20
998.2
30
995.6
40
992.2
50
988.0
60
983.2
70
977.7
80
971.8
90
965.2
100
958.3
4.15. VOLUMEN ESPECÍFICO
DEL VAPOR.El volumen específico
(v) es el volumen ocupado por unidad de masa de un
material. Es la inversa de la densidad. no dependen de la
cantidad de materia. Ejemplos: dos pedazos de hierro de
distinto tamaño tienen diferente peso y volumen pero
el peso específico de ambos será igual. Este es
independiente de la cantidad de materia considerada para
calcularlo. Dentro de estas están con ejemplo el punto
de ebullición, el brillo, el color, la
dureza y el punto de fusiónDonde, V es el volumen,
m es la masa y ? es la densidad del
materialPresión del vapor de agua y
volumen especifico a diferentes temperaturas.TEMPERATURA
(ºc)PRESION DEL VAPOR
(torr)V. ESPECIFICO (lt/g)
0
4.6
208.33
20
17.5
57.80
40
55.3
19.57
60
149.0
7.66
80
355.0
3.40
100
760.0
1.67
4.16. CALOR ESPECÍFICO DEL
VAPOR DE AGUA.El calor específico o capacidad
calorífica específica de una sustancia es una
magnitud física que indica
la capacidad de un material para almacenar energía
interna en forma de calor.1
De manera formal es la energía necesaria para
incrementar en una unidad de temperatura una cantidad de
sustancia; usando el
SI es la cantidad de julios de energía necesaria
para elevar en un 1 K la temperatura de 1 kg de masa.2
Se la representa por lo general con la letra
c.Calor específico del
vapor agua a 0ºC (presión
constante)1850 J/K·kg
0.44 cal/K·g
Calor específico del
vapor agua a 0ºC (volumen constante)1390 J/K·kg
0.331 cal/K·g
Calor específico del
vapor agua a 15ºC (presión
constante)1875 J/K·kg
4.17. ENTALPIA DEL VAPOR DE
AGUA.Entalpía, cantidad de energía de un
sistema termodinámico que éste puede
intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una
reacción química a presión constante, el
cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o
desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por
ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía
del sistema es el calor latente, en este caso el de
vaporización. En un simple cambio de temperatura, el
cambio de entalpía por cada grado de variación
corresponde a la capacidad calorífica del sistema a
presión constante. El término de
entalpía fue acuñado por el físico
alemán Rudolf J.E. Clausius en 1850.
Matemáticamente, la entalpía H es
igual a U + pV, donde U es la
energía interna, p es la presión y
V es el volumen. H se mide en
julios.T (0k)
ENTALPIA (kj/kg)
160
2.291
210
2.384
255
2.468
273
2.502
295
2.541
320
2.586
345
2.630
370
2.671
390
2.702
430
2.753
4.18. CALIDAD DEL
VAPOR DE AGUA.El titulo se puede definir como la masa de vapor
presente en una mezcla total. Su determinación puede
ser realizada utilizando un calorímetro de mezcal, de
Ellison o de expansión y un sobre
calentador.Donde: masa total = masa liquido + masa
vapor.El valor del titulo va de 0 a 1: los estados de
liquido saturado tienen x = 0 y los de vapor saturado
corresponden a x = 1. Aunque se define como un cociente, el
titulo se da frecuentemente como un porcentaje.4.19. CONDENSADO DEL VAPOR (proceso
isotérmico no adiabático).Se denomina condensación al proceso
físico que consiste en el paso de una sustancia en
forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a
la vaporización.Aunque el paso de gas a líquido depende,
entre otros factores, de la presión y de la
temperatura, generalmente se llama condensación al
tránsito que se produce a presiones cercanas a la
ambiental. Cuando se usa una sobrepresión elevada para
forzar esta transición, el proceso se denomina
licuefacción.El proceso de condensación suele tener lugar
cuando un gas es enfriado hasta su punto de rocío. Sin
embargo este punto también puede ser alcanzado
variando la presión. El equipo industrial o de
laboratorio necesario para realizar este
proceso de manera artificial se llama condensadorLa ciencia
que estudia las propiedades termodinámicas del
aire
húmedo y los efectos que tiene la variación de
la humedad atmosférica sobre los materiales
y el ser humano. Las interrelaciones entre los
parámetros que determinan la condición del aire
húmedo se representan en los diagramas
psicométricos. La condensación es un proceso
regido con los factores en competición de
energía y entropía. Mientras que el estado
líquido es más favorable desde el punto de
vista energético, el estado gas es el más
entrópico.4.20. DRENADO DEL CONDENSADO
(purgadores de condensado o trampas de vapor).Tan pronto como el vapor deja la
caldera empieza a ceder parte de su energía a
cualquier superficie de menor temperatura. Al hacer esto,
parte del vapor se condensa convirtiéndose en agua,
prácticamente a la misma temperatura.La combinación de agua y vapor
hace que el flujo de calor sea menor ya que el coeficiente de
transferencia de calor del agua es menor que el del
vapor.De acá nos podemos dar cuenta de
la importancia de las trampas de vapor para una empresa
que utiliza algún equipo calentado con
vapor.Las ventajas de utilizar trampas son
muchas, nombrando unas de las más comunes la de
economizar grandes cantidades del combustible requerido para
calentar las inmensas cantidades de agua lo que conlleva a un
ahorro en
los costos no
despreciable.Teniendo en cuenta la energía
que puede entregar al trabajar con vapor es que en el
mercado
existen varios tipos de trampas de vapor, las cuales se
dividen por grupos, que
veremos a continuación.DEFINICION
Una trampa para vapor es un dispositivo
que permite eliminar: condensado, aire y otros gases no
condensables, además de prevenir pérdidas de
vapor.Eliminación de condensado:
El condensado debe pasar siempre, rápido y
completamente a través de la trampa para vapor
para obtener un mejor aprovechamiento de la
energía térmica del vapor.Eliminación de aire y otros
gases no condensables: El aire y los gases disminuyen el
coeficiente de transferencia de calor. Además, se
debe tener presente que el O2 y el CO2 causan
corrosión.Prevención de
pérdidas de vapor: No deben permitir el paso de
vapor sino hasta que éste ceda la mayor parte de
energía que contiene, también las
pérdidas de vapor deben ser mínimas
mientras la trampa libera vapor condensado, aire y gases
incondensables.
Luego de tener clara la
definición y función de trampa de vapor,
analizaremos los diferentes grupos que existen en el
mercado:GRUPO MECANICO.
GRUPO TERMODINAMICO.
GRUPO TERMOSTATICO
GRUPO MECANICO:
Las trampas de vapor del tipo
mecánico trabajan con la diferencia de densidad entre
el vapor y el condensado. Estas trampas trabajan mediante un
flotador, el cual hace de válvula, en la que, cuando
se acumula condensado ésta se abre
descargándolo. Cuando está cerrada, comienza
nuevamente el ciclo llenándose de vapor para luego
comenzar nuevamente.GRUPO
TERMODINAMICO:Este tipo de trampas de vapor opera con
el principio de diferencia entre flujo de vapor sobre la
superficie comparado con el flujo del condensado. Al entrar
el vapor este viene con una velocidad mayor y el disco que
usan como válvula se cierra, y éste disco se
abre al presentarse la baja velocidad del
condensado.Su funcionamiento es relativamente
simple, ya que en su interior solo poseen una sola pieza en
movimiento, un disco flotante.GRUPO TERMOSTATICO:
Estas trampas operan mediante un
sensor de temperatura, el que identifica la temperatura del
vapor y del condensado. Como el vapor se condensa adquiere
una temperatura menor a la del vapor, cuando ésta
temperatura del condensado llega a un valor especifico, la
trampa abrirá para drenar el condensado.4.21. AISLAMIENTO
TERMICO.Aislamiento térmico es la capacidad de los
materiales para oponerse al paso del calor por
conducción. Se evalúa por la resistencia térmica que tienen. La
medida de la resistencia térmica o, lo que es lo
mismo, de la capacidad de aislar térmicamente, se
expresa, en el Sistema Internacional de Unidades (SI) en
m².K/W (metro cuadrado y kelvin por vatio).
Los materiales de aislamiento térmico
se emplean para reducir el flujo de calor entre zonas
calientes y frías. Por ejemplo, el revestimiento que
se coloca frecuentemente alrededor de las tuberías de
vapor o de agua caliente reduce las pérdidas de calor,
y el aislamiento de las paredes de una nevera o refrigerador
reduce el flujo de calor hacia el aparato y permite que se
mantenga frío. Ejemplos de estos aislantes
térmicos específicos pueden ser las lanas
minerales
(lana de roca y lana de vidrio).El aislamiento térmico puede
cumplir una o más de estas tres funciones:
reducir la conducción térmica en el material,
que corresponde a la transferencia de calor mediante
electrones; reducir las corrientes de convección
térmica que pueden establecerse en espacios llenos de
aire o de líquido, y reducir la transferencia de calor
por radiación, que corresponde al
transporte de energía térmica por ondas
electromagnéticas. La conducción y la
convección no tienen lugar en el vacío, donde
el único método de transferir calor es la
radiación. Si se emplean superficies de alta
reflectividad, también se puede reducir la
radiación. Por ejemplo, puede emplearse papel de
aluminio
en las paredes de los edificios. Igualmente, el uso de metal
reflectante en los tejados reduce el calentamiento por
el sol. Los
termos o frascos Dewar (véase Criogenia)
impiden el paso de calor al tener dos paredes separadas por
un vacío y recubiertas por una capa reflectante de
plata o aluminio.El aire presenta unas 15.000 veces
más resistencia al flujo de calor que un buen
conductor térmico como la plata, y unas 30 veces
más que el vidrio. Por eso, los materiales aislantes
típicos suelen fabricarse con materiales no
metálicos y están llenos de pequeños
espacios de aire. Algunos de estos materiales son el
carbonato de magnesio, el corcho, el fieltro, la guata, la
fibra mineral o de vidrio y la arena de diatomeas. El amianto
se empleó mucho como aislante en el pasado, pero se ha
comprobado que es peligroso para la salud y ha sido
prohibido en los edificios de nueva construcción de
muchos países.En los materiales de construcción,
los espacios de aire proporcionan un aislamiento adicional;
así ocurre en los ladrillos de vidrio huecos, las
ventanas con doble vidrio (formadas por dos o tres paneles de
vidrio con una pequeña cámara de aire entre los
mismos) y las tejas de hormigón (concreto)
parcialmente huecas. Las propiedades aislantes empeoran si el
espacio de aire es suficientemente grande para permitir la
convección térmica, o si penetra humedad en
ellas, ya que las partículas de agua actúan
como conductores. Por ejemplo, la propiedad aislante de la
ropa seca es el resultado del aire atrapado entre las fibras;
esta capacidad aislante puede reducirse significativamente
con la humedad.Los costes de calefacción y
aire
acondicionado en las viviendas pueden reducirse con un
buen aislamiento del edificio. En los climas fríos se
recomiendan unos 8 cm de aislamiento en las paredes y entre
15 y 20 cm de aislamiento en el techo.Recientemente se han desarrollado los
llamados superaislantes, sobre todo para su empleo en
el espacio, donde se necesita protección frente a unas
temperaturas externas cercanas al cero absoluto. Los tejidos
superaislantes están formados por capas
múltiples de mylar aluminizado, cada una de unos 0,005
cm de espesor, separadas por pequeños espaciadores, de
forma que haya entre 20 y 40 capas por
centímetro.4.22. DRENADO DE AIRE (purgadores de
aire).Un purgador de aire es un dispositivo que elimina
partículas sólidas como por ejemplo polvo,
polen, bacterias
del aire o sustancias no deseadas. Los filtros de aire
encuentran una utilidad
allí donde la calidad del aire es de relevancia,
especialmente en sistemas de ventilación de edificios
y en motores
tales como los de combustión interna, compresores
de gas, compresores para bombonas de aire, turbinas de gas y
demás.Algunos edificios, así como aeronaves y otros
entornos creados por el hombre
(ej. satélites o lanzaderas espaciales)
utilizan filtros a partir de espuma, papel plegado, o fibra
de vidrio cruzada. Otro método usa fibra o elementos
con carga eléctrica estática, que atraen las
partículas de polvo. Las tomas de aire de motores de
combustión interna o de compresores suelen usar fibras
de papel, espuma o algodón. Los filtros bañados en
aceite han
ido desapareciendo. La tecnología para los filtros en las
tomas de aire de turbinas de gas ha avanzado
significativamente en los últimos años, gracias
a mejoras en la aerodinámica y dinámica de fluidos de la parte del
compresor de aire de las turbinas de gas4.23. ELIMINACION DE IMPUREZAS
SOLIDAS DEBIDO A LA CORROSION.Para eliminarse impurezas en el interior de la
caldera debe removerse con lavado a presión cualquier
cantidad de grasa, lodo o sedimento que se
encuentre.Se debe verificar la eficiencia de
la purga de de calderas de vapor, y la planificación o frecuencia de la purga
podría necesitar revisión. También se
indicará la necesidad de drenaje o lavados a
presión periódicos.Cualquier cantidad de aceite o grasa en las
superficies de calefacción deberán removerse
inmediatamente con una solución de detergente
alcalina.Nota: La temperatura del agua de llenado
inicial para pruebas
hidrostáticas, limpieza con soluciones
químicas o para la operación normal,
deberá ser indicada en el código de ASME.4.24. ESTUDIO DE LA TABLA DE
VAPORES.Fundamento de la
clasificación del vaporEl vapor de agua puede dividirse según la
presencia de moléculas de agua condensadas en el
mismo, se dividen en:Vapor Seco.- Se llama vapor seco o vapor
sobrecalentado a aquel que solo contiene moléculas
de agua en estado gaseoso. Para mejor rendimiento en el
proceso la caldera debe ser capaz de producir vapor seco
ya que es el mejor conductor de calor, aunque en la
práctica producir vapor 100% seco es
prácticamente imposible.Vapor Húmedo.- Es el vapor de agua
en cuya composición tiene una presencia elevada de
moléculas de agua condensadas.
Clasificación fundamental de los
calderosLos calderos se clasifican fundamentalmente por el
sitio o espacio destinado para los gases de combustión
y para el agua de trabajo:6.1. ACUATUBULARES.
Son aquellas calderas en las que el fluido de
trabajo se desplaza a través de tubos durante su
calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales
termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su
salida, y gran capacidad de generación.Flujo máximo: 270000 Kg/H
(vapor)Presión máxima: 200
Kg/cm2
6.2. PIROTUBULARES.
En este tipo el fluido en estado líquido se
encuentra en un recipiente, y es atravesado por tubos por los
cuales circula gases a alta temperatura producto
de un proceso de combustión.Flujo máximo: 18200 Kg/H
(vapor)Presión máxima: 18
Kg/cm2Temperatura máxima: 250
oC
Procesos
unitarios aplicados en la generación de
vapor7.1. COMBUSTION.
Proceso en el cual un comburente se transforma en
energía calórica la cual al transferirse al
agua permite la evaporación.7.2. REACCIONES QUIMICAS EN LA
CAMARA DEL AGUA.Las reacciones químicas principales que se
producen en el agua de calderas con las sales presentes por
el agua de aporte son las siguientes:Ca ++ + 2 HCO3 -
————> CO3 Ca + CO2 + H2OCa ++ +
SO4= ————> SO4Ca Ca++ +
SiO3= ——–> SiO3CaMg++ + 2 CO3 H-
————-> CO3 Mg + CO2 + H2OCO3 Mg + 2 H2O ———>
(HO)2 Mg + CO2Mg++ + SiO3 —–>
SiO3 MgOperaciones
unitarias aplicadas en la generación de
vapor8.1. VAPORIZACION.
La Vaporización es el cambio de
estado de líquido a gaseoso. Hay dos tipos de
vaporización: la ebullición y
la evaporación.La Ebullición es el cambio de
estado que ocurre cuando una sustancia pasa del
estado líquido al estado de vapor. Para
que ello ocurra debe aumentar la temperatura en toda la masa
del líquido.La diferencia entre
la evaporación y la ebullición,
es que en la evaporación, el cambio de
estado ocurre solamente en la superficie
del líquido.8.2. TRANSFERENCIA DE CALOR,
CALENTAMIENTO DE AGUA (método directo a través
de paredes de tubos).La transferencia de calor se produce desde los gases
generados de la combustión hacia el agua de trabajo
contenido en el interior de la caldera. La velocidad de
transferencia del calor depende principalmente de la
turbulencia y de la magnitud del flujo de calor recibido. La
turbulencia es una función de la velocidad
másica del fluido y de la rugosidad de los tubos (en
especial para turbinas acuatubulares).8.3. CONDENSACION.
Condensación, en física, proceso en el
que la materia pasa a una forma más densa, como ocurre
en la licuefacción del vapor. La
condensación es el resultado de la reducción de
temperatura causada por la eliminación del calor
latente de evaporación; a veces se denomina
condensado al líquido resultante del
proceso.La eliminación de calor reduce el volumen del
vapor y hace que disminuyan la velocidad de sus
moléculas y la distancia entre ellas. Según la
teoría cinética del comportamiento de la materia, la
pérdida de energía lleva a la
transformación del gas en
líquido.Equipos
generadores de vaporUn generador de vapor es
una máquina o dispositivo
de ingeniería, 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.Los generadores de vapor se diferencian de
las calderas por ser mucho más grandes y
complicados.Calderas Sencillas.
Calderas con Hervidores.
Calderas de Hogar
Interior.
DIAGRAMA BASICO DE UN
CALDEROCalderos de pasos
múltiples11.1. PASOS PARES.
Como su nombre lo indica son calderos que tienen un
número par de pasos de una caldera de tubos de humo
siendo los de 4 pasos los mas comunes de su tipo.Una caldera de pasos pares, requiere de
energía adicional (motor de
ventilador) para dar la vuelta adicional de 180°, lo cual
baja la eficiencia total de la caldera.Una caldera de 4 pasos, no tiene una mayor
área de transferencia de calor, que una de 3
pasos. No tiene mayor eficiencia, y no tiene un menor
consumo de
combustible.11.2. PASOS IMPARES.
Como su nombre lo indica son calderos que tienen un
número par de pasos de una caldera de tubos de humo
que por lo general de 3 pasos el mas fabricado a nivel
mundial.El número de pasos de una caldera de tubos de
humo, no brinda ningún beneficio. Los pasos nos
dan únicamente el arreglo de los tubos dentro del
diseño de la caldera de cada
fabricante. El 95% de todas las calderas de tubos de
humo que se fabrican a nivel mundial es de 3
pasos.Partes
fundamentales de un caldero12.1. CALDEROS
ACUATUBULARES.12.1.1. CAMARA DE AGUA (tubos de
agua).La cámara de agua en los calderos
acuatubulares esta dado por un conjunto de tubos o bancadas
de tubos por donde va a circular el agua de trabajo que tras
ganar calor va a pasar a ser vapor.12.1.2. CAMARA DE
FUEGO.La cámara de fuego en las calderas
acuatubulares es el lugar que contiene la combustión y
por donde van a pasar los tubos por donde va a circular el
agua de trabajo.12.2. CALDEROS
PIROTUBULARES.12.2.1. CAMARA DE
AGUALa cámara de agua de los calderos
pirotubulares se lo denomina al espacio que contiene el agua
en el interior del caldero.12.2.2. CAMARA DE FUEGO (tubos de
fuego).La cámara de fuego de los calderos
pirotubulares es dado por un tubo que se encuentra en el
interior de la cámara de agua de dichas calderas, en
el cual se va a llevar q cabo la combustible.12.3. BOMBA DE ALIMENTACIÓN
DE AGUA.Las bombas de
alimentación de calderas están diseñadas
para suministrar agua a las calderas. Un controlador de nivel
en la caldera activa las bombas de alimentación de
calderas.Una bomba es una máquina
hidráulica generadora que transforma la
energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada
en energía hidráulica del fluido
incompresible que mueve. El fluido incompresible puede
ser líquido o una mezcla de líquidos
y sólidos como puede ser el hormigón antes de
fraguar o la pasta de papel. Al incrementar
la energía del fluido, se aumenta su
presión, su velocidad o su altura, todas ellas
relacionadas según el principio de Bernoulli.
En general, una bomba se utiliza para incrementar la
presión de un líquido añadiendo
energía al sistema hidráulico, para mover el
fluido de una zona de menor presión o altitud a otra
de mayor presión o altitud.La principal clasificación de las bombas
segun el funcionamiente en que se base:Bombas de desplazamientos positivos o
volumétricos, en las que el principio de
funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de
presión se realiza por el empuje de las paredes de las
cámaras que varían su volumen. En este tipo de
bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de
manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que
también se denominan bombas volumétricas. En
caso de poder variar el volumen máximo de la
cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese
volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es
de volumen fijo.Bombas rotodinámicas, en
las que el principio de funcionamiento está basado en
el intercambio de cantidad de movimiento entre la
máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de bombas
hay uno o varios rodetes con álabes que giran
generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de
máquinas el flujo del fluido es
continuo.12.4. TANQUE DE ALIMENTACIÓN
DE AGUA.El tanque de alimentación es un reservorio
destinado para almacenar el agua que este lista para ingresar
a la caldera, pueden ser de tipo atmosféricos y de
tipo presurizados. Tanto los tanques atmosféricos como
los presurizados están disponibles con o sin
calentador de tipo inyección directa (a veces se llama
tubo de precalentamiento). Los tanques presurizados pueden
estar construidos con código ASME o sellados con
código ASME. El material del depósito puede ser
de acero negro o de acero inoxidable. Los tanques de acero
negro se pueden revestir con epoxi o plasite. Un equipo
típico incluye colector, bombas de alimentación
(montadas y canalizadas) y un panel de control precableado y
montado. La unidad se puede elevar en un bastidor de acero si
es necesario.12.5. CONTROLES DE NIVEL DE
AGUA.En las calderas el instrumento
encargado de controlar el nivel del agua dentro del mismo son
los mcDonell, son controles movidos por un flotador que hacen
o rompen contacto cuando el nivel del agua en la caldera se
eleva ó desciende. Pueden ser usados en calderas de
cualquier presión (máximo 150 PSI) y cualquier
capacidad de vaporeo. También controla la
presión interna, el diferencial de presión, el
encendido y apagado de el caldero.12.6. VALVULAS
DE PURGA.12.6.1. PURGA DE
SUPERFICIE.Las Purgas de Superficie requieren de
mayor cuidado. En primer lugar debemos saber cuánto se
debe sacar. Si se purga más agua de la necesaria,
perdemos recursos
(agua, combustible, químicos, tiempo, etc.), y si
purgamos menos de lo requerido, se forma espuma suficiente
como para causar daño. La siguiente fórmula
permite saber la cantidad de agua a purgar desde el interior
de la caldera:P
= F x SB
– FDonde:
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