UNIVERSIDAD DE MAGALLANESFACULTAD DE INGENIERIA.

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS.

“Calderas”

Profesor: Vanesa Avendaño.

Alumnos:Alexis Lastra.

Rodrigo Millapel.Carlos Rodríguez.

Punta arenas 28 de septiembre del 2015.

Resumen:

Con el fin de cumplir los objetivos planteados se armó un sistema en base a una caldera eléctrica alimentada con agua mediante un sistema de dos bombas centrifugas conectadas en paralelo, las cuales succionaban el agua desde de un tanque con agua y esta era bombeada por las bombas hacia la caldera. E l vapor producido por esta caldera se almaceno en un balde con agua que cumplía la función de trampa de vapor.

Para poder cumplir con los objetivos planteados en el laboratorio se tomaron los siguientes datos:

Masa de la trampa de vapor sin líquido. Masa de la trampa de vapor con líquido antes de la experiencia. Masa de la trampa de vapor después de la experiencia. Temperaturas. Presión de entrada del sistema. Presión de salida del sistema. Masa del vapor producido.

Índice.

1.0. ANTECEDENTES GENERALES.1.1. INTRODUCCION.

1.2. OBJETIVOS.

Introducción.

Las calderas, están presentes en variados rubros industriales, estos sistemas son de distintos tamaños y de distintas potencias, también utilizan distintos combustibles con distintas calidades, en el parque existente hay tecnología de combustión convencional muy antigua y en contraste a otra muy avanzada, estas calderas son de diversa vida útil y años de antigüedad.La caldera esta constituida por un recipiente cerrado que genera vapor de agua a presiones superiores a la atmosférica, absorbiendo el calor que desarrolla la combustión en el hogar. La temperatura del fluido aumenta considerablemente hasta alcanzar su punto de evaporización y se mantiene constante mientras el fluido se convierte en vapor, una vez alcanzada la temperatura de ebullición a la presión de operación continua el suministro de calor y se inicia la evaporización sin alteración de temperatura. Mientras aun exista fluido por evaporar, esta mezcla de vapor y liquido se llamara vapor húmedo, si el calor suministrado es tal que la temperatura del vapor es la temperatura de vaporización se llamara vapor saturado seco. El calor suministrado para realizar esta transformación se conoce como calor de vaporización.

Objetivos.

Objetivos generales.

Calcular el calor cedido por la caldera para producir vapor de agua.

Objetivos específicos.

Para cumplir con el objetivo general del presente informe es necesario:

Estudiar los fundamentos teóricos, para determinar las condiciones requeridas y evaluar las mediciones de trabajo tomadas en el laboratorio.

Calcular el vapor producido por la caldera, y determinar la entalpia de entrada del agua, y de salida del vapor.

2. MARCO TEORICO.

2.1. Calderas.Las calderas son dispositivos de ingeniería diseñados para generar vapor saturado (vapor a punto de condensarse), debido a una trasferencia de calor, proveniente de la transformación de la energía química del combustible mediante la combustión, en energía utilizable (calor), y transferirla al fluido de trabajo (agua en estado líquido), el cual absorbe y cambia de fase (se convierte en vapor).

2.2. Principio de funcionamiento de una caldera para generar calor.

El fluido de alimentación que ingresa a la caldera es almacenada en un tanque con suficiente capacidad para atender la demanda de la caldera, así una válvula de control de nivel mantiene el tanque con agua, a su vez una bomba de alta presión bombea el fluido hacia el interior de la caldera por medio de tubos o cañerías, al tiempo que ocurre la combustión en el horno u hogar, esta es visible por el funcionamiento del quemador en forma de flama, el quemador es controlado automáticamente para que circule solamente el combustible necesario, la flama es dirigida y distribuida a las superficies de calentamiento o tuberías donde la energía térmica liberada en el proceso de combustión se transmite al agua contenida en los tubos (en algunos casos el agua fluye a través de los tubos y el calor es aplicado por fuera a este diseño se le conoce como Acuotubular, en otros casos los tubos están sumergidos en el agua y el calor pasa por el interior de los tubos a este diseño se le conoce como Pirotubular, donde por medio de los procesos de radiación, conducción y convección el agua se transforma en vapor, dicho vapor es conducido por tuberías a los puntos de uso o puede ser colectado en cámaras para su distribución; en la parte superior de la caldera se encuentra una chimenea la cual conduce hacia afuera los humos o gases de la combustión; en el fondo de la caldera se encuentra una válvula de salida llamada purga de fondo por donde salen del sistema la mayoría de polvos, lodos y otras sustancias no deseadas que son purgadas de la caldera. En la caldera también existen múltiples controles de seguridad para disminuir la presión si esta se incrementa mucho, para apagar la flama si el nivel del agua es demasiado bajo o para automatizar el control del nivel del agua.

2.3 Clasificación de las calderas.

Hay muchos tipos de calderas de acuerdo a las temperaturas y presiones finales, tipo de energía calorífica disponible y volumen de producción de vapor. Cabe destacar además, que incluso, para las mismas condiciones generales, existen un gran número de diseños constructivos en cuanto al modo de intercambio de calor, la forma del quemado del combustible, forma de alimentación del agua y otros muchos factores.

Como se mencionó anteriormente existen varias formas de clasificar las calderas, entre estas se pueden señalar las siguientes.

Según su movilidad:

Fija o estacionaria. Móvil o portátil.

Según la presión de trabajo:

Baja presión. 0 a 2,5 Kg/cm2 Media presión. 2,5 a 10 Kg/cm2 Alta presión. 10 a 220 kg/cm2 Supercríticas más de 220 Kg/cm2

Según su generación:

De agua caliente. De vapor saturado o recalentado.

Según el ingreso de agua a la caldera:

Circulación natural: el agua se mueve por efecto térmico. Circulación forzada: el agua circula mediante el impulso de una bomba.

Según la circulación del agua y de los gases en la zona de tubos:

Pirotubulares o de tubos de humo. Acuotubulares o de tubos de agua.

2.3.1. Calderas Pirotubular.

La caldera de vapor pirotubular, concedida especialmente para el aprovechamiento de gases de recuperación presenta las siguientes características.

Está formado por un cuerpo cilindro de disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor, una cámara superior de formación y acumulación de vapor, el hogar y los tubos están completamente rodeados de agua, la llama se forma en el hogar pasando los humos por el interior de los tubos de los pasos siguientes para finalmente ser conducidos hacia la chimenea, una de sus desventajas es que presentan una elevada perdida de carga de humos.

Características: Sencillez en su construcción. Facilidad en su inspección, reparación y limpieza. Gran peso. La puesta en marcha es lenta. Gran peligro en caso de explosión o ruptura.

Figura N°00 Caldera Pirotubular.

2.3.2 Caldera acuotubular.

En estas caderas el agua está dentro de los tubos ubicados longitudinalmente en el interior y se emplean para aumentar la superficie de calefacción, los mismos están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja.

La llama se forma en un recinto de paredes tubulares que configuran la cámara de combustión. Soporta mayores presiones, pero es más cara, tiene problemas de suciedad en el lado del agua, y menor inercia térmica.

Las calderas acuotubulares eran usadas en centrales eléctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor.

Características. La caldera de tubos de agua tiene la ventaja de poder trabajar a altas

presiones, dependiendo del diseño llegan hasta 350 psig. Se fabrican en capacidades de 20 HP y 2000 HP. Por su fabricación de tubos de agua es caldera inexplosible. La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de

humo, ya que se fabrican de 3, 4 y 6 pasos dependiendo de la capacidad. El tiempo de arranque para la producción de vapor a su presión de trabajo

es mínimo. El vapor que produce una caldera de tubos de agua, es un vapor seco,

por lo que en los sistemas de transmisión de calor existe mayor aprovechamiento.

Figura N°00 Caldera Acuotubular.

3.0. BASES TEORICAS PARA REALIZAR LAS EVALUACIONES DE LAS MEDIDAS.

A continuación se presentan las bases teóricas para determinar las condiciones requeridas y evaluar las mediciones tomadas en el laboratorio.

4.0. Desarrollo experimental.

4.1. Materiales.

En las siguientes imágenes se visualiza los materiales y equipos utilizados para el desarrollo experimental.

Imagen N°00 Montaje experimental

Imagen N°00 Termómetro, Manómetro y Trampa de vapor.

Generador de vapor eléctrico marca Sussman modelo MBA20.

A continuación de describe el equipo utilizado en el laboratorio y se visualizan sus componentes.

5.0. METODO EXPERIMENTAL.

1. Identificar el equipo y la instrumentación utilizada.2. Llenar tanque de agua a un nivel adecuado.3. Proceder a conectar el sistema de bombas en paralelo.4. Pesar cierta cantidad de agua en el balde utilizado como trampa y registrar

su masa.5. Encender caldera.6. Esperar que estabilice la presión 45(PSI).7. Una vez estabilidad abrir válvula de descarga hacia la trampa, tomar datos

de temperatura de inicio y presión.8. Registrar las caídas de presión a la misma vez que se registra el aumento

de la temperatura.9. Una vez registradas los datos solicitados, proceder a detener el equipo y

pesar la cantidad de masa final de la trampa.

6.0. Aplicación metodológica y análisis de resultados.

Tabla de datos obtenidos en laboratorio.

EXPERIENCIA N°1 EXPERIENCIA N°2 EXPERIENCIA N°3PRESION

ESTEMPERAT

URAPRESION

ESTEMPERAT

URAPRESION

ESTEMPERAT

URAPSI °C PSI °C PSI °C45 100 45 100 40 10040 108 40 104 30 11030 118 37 114 20 114

MASA DE LA TRAMPA MASA DE LA TRAMPA MASA DE LA TRAMPAINICIAL 4,42 KG INICIAL 5,54 KG INICIAL 5,12 KGFINAL 5,06 KG FINAL 5,94 KG FINAL 6,30 KG

NOTA : PESO VACIO DE LA TRAMPA SIN AGUA 0.60 KG

EXPERIENCIA N°1 GRAFICO TEMPERATURA VS PRESION.

45 40 3090

95

100

105

110

115

120

TEMPERATURA VS PRESION.TE

MPE

RATU

RA °C

ANALISIS DE LOS RESULTADOS.

Las presiones dentro de una caldera solamente se mantienen fijas a bomba parada y caldera fría, siempre que no haya fugas de agua en la instalación de calefacción y tampoco pierda agua por ninguna junta de la caldera.

Cuando la caldera se pone en servicio la acción de la bomba impulsando agua al circuito produce un aumento de presión que se suma al cambio de presión provocado por el incremento de la temperatura dentro del circuito de calefacción por lo tanto si durante el servicio de calefacción abrimos un válvula de agua caliente está dentro de lo normal que haya alguna diferencia de presión, como se logra apreciar en las experiencias en la tabla N°00 y en gráfico de la experiencia N°1.

Conclusiones.

Como recomendación se advierte que para un mejor resultado se verifique que el sistema no posea algún tipo de perdida, al igual que el recipiente que contenga el vapor producido, y no esta demás decir que se emplee material de seguridad por las altas temperaturas que alcanzan el sistema en el proceso.

Discusión

Bibliografía