MÁQUINAS TÉRMICAS – Generadores de Vapor

IINDICENDICE Generadores de Vapor.......................................................................................................................................................1

Generadores de Vapor.......................................................................................................................................................2

1.Introducción.....................................................................................................................................................................2

2.Definiciones......................................................................................................................................................................3

2.1. Caldera:..................................................................................................................................................................32.2. Generador de vapor:...............................................................................................................................................32.3. Presión y temperatura normal de trabajo o nominal..............................................................................................32.4. Presión máxima de trabajo.....................................................................................................................................32.5. Temperatura máxima de trabajo.............................................................................................................................32.6. Presión de sellado o de timbre:..............................................................................................................................32.7. Presión y temperatura de diseño:...........................................................................................................................32.8. Producción máxima continua: (PMC)....................................................................................................................42.9. Producción de vapor máxima instantáneo:.............................................................................................................42.10. Producción de vapor mínima:................................................................................................................................42.11. Vaporización específica:........................................................................................................................................42.12. Carga térmica o liberación de calor por volumen del hogar:.................................................................................42.13. Calor liberado en el hogar por m2 de superficie:....................................................................................................52.14. Absorción máxima de calor en cualquier punto del hogar:....................................................................................5

3. Clasificación y Características de los generadores de vapor......................................................................................6

3.1. Calderas Humotubulares........................................................................................................................................73.2. Calderas Acuotubulares..........................................................................................................................................9

3.2.1. Caldera Tipo “A”.......................................................................................................................................103.2.2. Caldera Tipo D...........................................................................................................................................123.2.3. Caldera Tipo “V”.......................................................................................................................................143.2.4. Caldera colgada con haz convectivo..........................................................................................................193.2.5. Caldera radiante para combustible líquido y gaseoso...............................................................................253.2.6. Caldera radiante para carbón pulverizado................................................................................................273.2.7. Calderas de circulación asistida................................................................................................................303.2.8. Caldera de paso forzado.............................................................................................................................353.2.9. Calderas de circulación combinada..............................................................................................................43

4. Circuito agua - vapor...................................................................................................................................................48

4.1. Economizadores...................................................................................................................................................484.1.1. Criterios de Diseño........................................................................................................................................514.1.2. Dimensionamiento..........................................................................................................................................534.1.3. Corrosión Exterior..........................................................................................................................................544.1.4. Corrosión Interior...........................................................................................................................................55

4.2. Cuerpo Cilíndrico.................................................................................................................................................564.2.1. Introducción....................................................................................................................................................564.2.2. Funciones del Domo.......................................................................................................................................564.2.3. Características dimensionales........................................................................................................................564.2.4. Internos del Domo...........................................................................................................................................56

4.3. Paredes del hogar.................................................................................................................................................664.3.1. Menores costos operativos.............................................................................................................................664.3.2. Mejora del rendimiento..................................................................................................................................674.3.3. Eliminación del ventilador de tiro inducido..................................................................................................674.3.4. Equipos más livianos.....................................................................................................................................684.3.5. Estructura autoparte......................................................................................................................................694.3.6. Menor tiempo de montaje..............................................................................................................................694.3.7. Menor exceso de aire.....................................................................................................................................694.3.8. Menor tiempo de reparación..........................................................................................................................704.3.9. Construcción de la pared membrana.............................................................................................................704.3.9.8. Tubos estruídos...........................................................................................................................................71

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4.4. Sobrecalentadores y recalentadores.....................................................................................................................724.4.1. Introducción...................................................................................................................................................724.4.2. Ventajas del sobrecalentamiento y el recalentamiento..................................................................................724.4.3. Tipo de sobrecalentadores.............................................................................................................................724.4.5. Superficie de calefacción...............................................................................................................................784.4.6. Flujo másico de vapor....................................................................................................................................794.4.7. Efecto del flujo másico de gases.....................................................................................................................834.4.8. Recalentadores...............................................................................................................................................844.4.9. Metales para los tubos...................................................................................................................................854.4.10. Tamaño de tubos..........................................................................................................................................854.4.11. Soportes de sobrecalentadores y recalentadores.........................................................................................864.4.12. Espaciamientos entre tubos..........................................................................................................................884.4.13. Limpieza interna..........................................................................................................................................884.4.14. Limpieza externa..........................................................................................................................................89

4.5. Control de la Temperatura de Vapor....................................................................................................................894.5.1. Técnicas para control de Temperatura..........................................................................................................89

5. Circuito aire – gases de combustión............................................................................................................................95

5.1. Ventiladores.........................................................................................................................................................955.1.1. Ecuación de circulación.................................................................................................................................955.1.2. Características del hogar...............................................................................................................................975.1.3. Características de los ventiladores centrífugos.............................................................................................985.1.4. Curva característica (Q – H).........................................................................................................................995.1.5. Leyes de los ventiladores.............................................................................................................................1015.1.6. Características Operativas de los ventiladores...........................................................................................105

5.2. Calentadores de Aire..........................................................................................................................................1085.2.1. Introducción.................................................................................................................................................1085.2.2. El calentador regenerativo...........................................................................................................................1105.2.3. Ventajas operativas......................................................................................................................................111

5.3. Sistemas de combustión.....................................................................................................................................1165.3.1. Introducción.................................................................................................................................................1165.3.2. Diseño de los sistemas de combustión.........................................................................................................1165.3.3. Quemadores..................................................................................................................................................1195.3.4. Grillas para la combustión de combustibles sólidos....................................................................................137

6. Hogar...........................................................................................................................................................................140

6.1. Circulación de Agua – Vapor en un Generador de vapor.................................................................................1406.1.2. Circulación asistida y forzada.....................................................................................................................143

6.2. Líquidos en ebullición........................................................................................................................................147a) Período previo o de calentamiento del líquido...................................................................................................148b) Periodo de evaporación interfasial...................................................................................................................148c) Ebullición nuclear..............................................................................................................................................149d) Ebullición de transición.....................................................................................................................................149e) Ebullición pelicular...........................................................................................................................................150

6.3. Transmisión del calor en el hogar......................................................................................................................1516.3.1. Introducción..................................................................................................................................................1516.3.2. Absorción, reflexión y transmisión...............................................................................................................1526.3.5. Emitancia del cuerpo negro.........................................................................................................................1536.3.4. Ley de Planck................................................................................................................................................1546.3.5. Ley de Wien...................................................................................................................................................1556.3.6. Ley de Stefan – Boltzman..............................................................................................................................1556.3.7. Intercambio radiante en el hogar................................................................................................................156

7. Corrosiones..................................................................................................................................................................159

7.1. Corrosiones a bajas temperaturas.......................................................................................................................1597.1.1. Introducción..................................................................................................................................................1597.1.2. Punto de Rocío..............................................................................................................................................1597.1.3. Formación del SO3........................................................................................................................................1607.1.4. Punto de rocío ácido....................................................................................................................................161

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7.1.5. Prevención de las corrosiones......................................................................................................................1627.1.6. Medidas constructivas...................................................................................................................................162

7.2. Corrosión por alta temperatura...........................................................................................................................164

8. Criterios de Diseño.....................................................................................................................................................165

Trabajo Práctico ............................................................................................................................................................166

1. Objetos:........................................................................................................................................................................166

2. Datos del problema:....................................................................................................................................................166

3. Selección del perfil de caldera:..................................................................................................................................167

4. Calor absorbido por el vapor....................................................................................................................................168

5. Rendimiento del generador de vapor........................................................................................................................169

6. Dimensiones del Hogar...............................................................................................................................................169

7. Cálculo del sobrecalentador......................................................................................................................................169

8. Haz convectivo............................................................................................................................................................171

9. Perfil de caldera e indicación de aprametro caracteristicos...................................................................................171

10. Conclusiones..............................................................................................................................................................172

Planilla 1..........................................................................................................................................................................173

Datos............................................................................................................................................................................173Circuito Agua – Vapor............................................................................................................................................173Circuito Aire – Gases..............................................................................................................................................174

Planilla Nº 2: Calorías Absorbidas por el vapor..........................................................................................................174

Planilla N° 3: Rendimiento del generador de vapor....................................................................................................175

Planilla N° 4: Dimensionamiento del Hogar................................................................................................................176

Planilla N° 5: Cálculo de sobrecalentador....................................................................................................................177

Planilla N° 6: Cálculo del Haz convectivo....................................................................................................................179

Gráfico N° 1: Necesidad de aire (L) y cantidad de gases de combustión (V), para combustibles sólidos y líquidos ..........................................................................................................................................................................................181

Gráfico N° 2: Calor especifico medio de los gases de combustión, correspondiente a Fuel – Oil...........................182

Gráfico N° 3: ..................................................................................................................................................................183

Gráfico N° 4: Característica de la llama (longitud y diámetro) en función de la carga..........................................184

Gráfico N° 5: Absorción de calor por radiación..........................................................................................................185

Figura N° 6: Perspectiva de un generador de vapor tipo D........................................................................................185

Gráfico N° 7: Coeficiente de transmisión por convección..........................................................................................185

Gráfico N° 8: Coeficiente de transmisión por radiación no luminosa.......................................................................186

Figura N° 9: Perspectiva general de un generador de vapor, del tipo V...................................................................186

Gráfico N° 10: Calor en los gases de combustión........................................................................................................187

Gráfico N° 11: Calor especifico en los gases de combustión.......................................................................................188

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