QUE ES UNA CALDERA Una caldera es una

QUE ES UNA CALDERA • 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. • La 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. • Son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas. • Con el vapor mas un turbogenerador se puede obtener electricidad a través de de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

La capacidad de generación de vapor se da frecuentemente en libras de vapor hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energía, este sistema no mide exactamente la energía producida. • Por lo anterior la capacidad de una caldera de vapor se expresa mas concretamente en forma de calor transmitido a través de sus superficie en BTU/Hora • Para unidades pequeñas se utiliza el concepto de caballo de calderas o BHP (Boiler Horse Power), EL CUAL EQUIVALE A 33. 475 BTU/h definido por la ASME en el año de 1889.

Tipos de calderas CALDERAS PIROTUBULARES Se fabrican en capacidades que van desde 1 BHP hasta aproximadamente 900 BHP, en unidades estandarizadas de 5, 10, 20, 40, 100, 200 y mas BHP. Las presiones de operación más comunes son de 150 Psi y 250 Psi aun cuando pueden trabajar a presiones mas bajas. Son de bajo costo ya que su fabricación es muy sencilla y se utilizan para quemar combustibles gaseosos, líquidos y sólidos. CALDERAS ACUATUBULARES 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.

Acuatubulares • 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. • Cuando se requieren presiones superiores a 300 Psi se hace indispensable la utilización de las calderas acuatubulares aun cuando pueden operar des de 120 Psi en adelante. • Las capacidades de estas calderas se acercan a los 10 millones de libras por hora y presiones de 2500 Psi. • Las capacidades de estas calderas no se acostumbran a medirlas en BHP, normalmente se expresan en lb/hr de vapor producido o en MBTU/HORA.

Elementos de una caldera En el hogar de la caldera se produce una reacción de combustión con el oxígeno del aire, liberándose energía térmica en dicho proceso. Dicha energía térmica o calor es transferido mediante una superficie de transferencia de calor en forma de haces de tubos al sistema aguavapor que circula por el interior de dichos tubos.

Extras de una caldera Precalentador de aire: Trabaja con los restos de vapor que entra al condensador y le transfiere calor al aire tomado de la atmósfera antes de llevarlo a la caldera. Se consigue así eliminar parte de la humedad contenida en el aire al llevarlo de de 90 °F a 120 °F. Sobrecalentador: Consiste en el aumento de la temperatura del vapor medio de la llama directa. Economizador: consiste en un intercambiador de calor que actúa como precalentador de agua de alimentación por medio de los productos de la combustión. Calentador de aire: calentamiento del aire de combustión por medio de los productos de la combustión.

Términos de una caldera: • Agua de alimentación: Es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red. • Agua de condensado: Es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor. • Vapor seco: Vapor de óptimas condiciones. • Vapor húmedo: Vapor con arrastre de espuma proveniente de una agua de alcalinidad elevada.

Elementos y componentes de una caldera: • Condensador: Sistema que permite condensar el vapor. Figura 1: Condensador de paso simple o de un solo paso.

Elementos y componentes de una caldera: El condensador puede ser elevado directamente a partir de los purgadores siempre que haya la suficiente presión diferencial a través del purgador. Cada 10 metros de elevación crean 1 kg/cm 2 de contrapresión a la descarga del purgador. El purgador debe estar siempre en el punto mas bajo; después del purgador debe colocarse una válvula de retención y la conexión al colector de condensado debe hacerse por su parte superior. De esta forma evitamos la inundación del equipo por retroceso del condensado al parar la instalación.

Elementos y componentes de una caldera: • Estanque de acumulación: Es el estanque de acumulación y distribución de vapor.

Elementos y componentes de una caldera: • Desaireador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.

Elementos y componentes de una caldera: • Purga de fondo: Evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.

Elementos y componentes de una caldera: • Purga de superficie: Evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.

Elementos y componentes de una caldera: • Hogar/Fogón: Alma de combustión del sistema.

Elementos y componentes de una caldera: • Combustible: Comburente que se transforma en energía calórica que permite la vaporización.

Elementos y componentes de una caldera: • Agua de calderas: Agua de circuito interior de la caldera cuyas características dependen de los ciclos y del agua de entrada.

Vapor Flash • El vapor flash ó revaporizado es un vapor con las mismas características que un vapor vivo y se forma cuando un condensado pasa de una presión a otra inferior. • La cantidad de vapor flash obtenida será igual al exceso de calor latente del vapor a la presión inferior

Elementos y componentes de una caldera: • Ciclos de concentración: Número de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentación. • Alcalinidad: Nivel de salinidad expresada en ppm de Ca. CO 3 que confiere una concentración de iones carbonatos e hidróxilos que determina el valor de p. H de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10, 5 a 11. 5. • Desoxigenación: Tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas.

Definición: • Incrustación: Sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de sulfato, carbonato o silicato de magnesio y calcio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.

Definición: • Dispersante: Sistema químico que mantiene los sólidos descohesionados ante un evento de incrustación. • Antiincrustante: Sistema químico que permite permanecer a los sólidos incrustantes en solución. • Anticorrosivo: Sistema químico que brinda protección por formación de films protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.

QUEMADORES Y SUMINISTRO DE AIRE DE COMBUSTION Los quemadores se seleccionan según el rango de presión de operación, tipo de combustible, eficiencia. Además se deben tener en cuenta las normas de construcción. Entre los principales tipos de quemadores encontramos: quemadores sin mezcla previa o llama de difusión, quemadores de combustóleo, quemadores a presión tipo JET, quemadores de copa rotativa, quemadores para gas (baja y alta presión) y quemadores tipo dual. Los quemadores deben funcionar con un exceso de aire que depende del combustible empleado. Para el carbón se debe emplear un exceso de aire que oscila entre el 20% y el 40%, los derivados del petróleo entre un 15% y 25% y el gas entre el 5% y el 15%.

Control de variables de una caldera

Instrumentos para el control de variables en una caldera Aire: • Flujo Transmisor de Presión Combustible • Flujo Transmisor de Flujo Vapor • Presión Transmisor de Presión

Instrumentos para el control de variables en una caldera Agua • Temperatura • Flujo • Nivel RDT y Transmisor de Temperatura Gases-Chimenea • Temperatura • Porcentaje oxigeno RDT y Transmisor de Temperatura Transmisor de Flujo Transmisor de Presión Sensor de Oxigeno

Etapas del funcionamiento de una caldera acuatubular • Inicio • Purgas • Ignición • Operación. Pre purga Post purga Piloto Principal Estabilización Modulación

Etapas del funcionamiento • Inicio: Es un periodo de estabilización, donde se verifica fluctuaciones de voltaje en la entrada de corriente alterna o en las entradas de control, en el encendido o durante la operación normal. El tiempo del periodo inicio es de 10 segundos. • Prepurga: Es la etapa donde se realiza el barrido de los residuos de gases, tiene una duración de 30 segundos. En esta etapa se enciende el ventilador y el PLC envía una señal de 20 m. A para que abra al 100% al actuador de aire.

Etapas del funcionamiento • Ignición principal: En esta etapa el programador de seguridad de llama envía la señal para abrir la válvula principal y establecer la llama principal, comprobada durante 15 seg. enviara una señal para desactivar la válvula piloto. • Operación: Esta formado por una fase de estabilización y una fase de modulación. En la primera ocurren un periodo de estabilización de 10 seg. en la segunda pasa a modulación en donde el PLC empieza a controlar la apertura a la salidas análogas, enviando la señal a los actuadores para modular los lazos de control de aire y combustible.

Operación: Cuando la caldera ha estado apagada al inicio de la etapa operación la presión de la caldera es muy baja, por lo cual los lazos de control envía la señal analógica para abrir el actuador de aire y el de combustible. El proceso de combustión entrega el calor para producir gases calientes que circulan dentro de los tubos de la caldera, el agua se calienta para producir vapor, la presión del vapor empezara a elevarse.

Etapas del funcionamiento Cuando la demanda de vapor este satisfecha se desactiva la señal de limites, y el proceso pasa a esperar a que se active nuevamente esta señal. • Post-Purga: Realiza el barrido de los gases de combustión, el tiempo de post purga es de quince segundos. Se envía la señal para que el actuador de aire expulse los productos de la combustion fuera de la cámara de combustión. Después de esta etapa, el sistema queda en espera.

Instrumentación Instalada Transmisor de Presión de vapor Presuretrol • Seguridad • Operación

Instrumentación Instalada Actuador Aire Actuador de combustible

Instrumentación Instalada Transmisor de Presión diferencial para aire Interruptor de aire

Instrumentación Instalada Transmisor de presión diferencial para nivel agua