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    Introduccin

    El generador de vapor es un dispositivo fundamental de toda mquina trmica, de

    su adecuado funcionamiento depende gran parte de la eficiencia total del sistema al que

    se encuentra acoplado.

    El objetivo del presente informe tcnico de campo es lograr un entendimiento

    integral de los generadores de vapor. En primer lugar se estudiar las partes constitutivas

    y el funcionamiento de un generador de vapor simple, que servir de ejemplo para

    interpretar los parmetros tpicos o normalizados. Luego se clasificarn los generadores

    de vapor segn sus detalles constructivos y se especificarn que ventajas y desventajas

    acarrea cada uno de ellos. Por ltimo se dar una nocin de dos aspectos importantes

    para el funcionamiento del equipo que son: el tratamiento de agua de alimentacin y el

    tiro.

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    Concepto general

    El generador de vapor es una parte de una mquina trmica cuya funcin es

    convertir agua en vapor a una presin y temperatura predeterminada. Este cambio fsico

    se produce por la transmisin de calor, proveniente de la combustin de una sustancia, al

    agua. El objetivo del generador de vapor es generar vapor sobrecalentado con la mayor

    eficiencia posible. Su parte principal es la caldera, pero adems est constituido por otros

    elementos que fueron diseados, y mejorados, a lo largo de los aos para lograr un mejor

    rendimiento energtico y para minimizar el mantenimiento del equipo.

    Partes constitutivas de un generador de vapor

    Caldera

    La caldera es la parte principal del generador de vapor, es el lugar fsico donde se

    convierte el agua en vapor. Est compuesta de un cuerpo cilndrico de chapa de acero

    hermticamente cerrado y expuesto, directamente a la accin de las llamas y de los gases

    calientes. Dicho cilindro contiene un determinado volumen de agua, llamado cmara de

    agua, que recibe el calor que le ceden los productos de la combustin a travs de las

    chapas. El agua que se vaporiza ocupa la parte superior del cuerpo cilndrico de la

    caldera o cmara de vapor.

    El plano de separacin entre el agua y el vapor, o sea el espejo de agua, constituye

    el nivel de la caldera o nivel de agua; este nunca debe dejar al descubierto aquellas

    partes de la caldera que se encuentran en contacto con la llama o con los gases calientes

    por el peligro que ello implica, el recalentamiento de las chapas con posibilidad de

    explosin.

    Domo

    En la caldera puede existir un domo que permite instalar la toma de vapor alejada

    del nivel de agua, para que as, el vapor que sale de la caldera arrastre la menor cantidad

    posible del agua que proyecta la ebullicin, es decir, se trata de obtener vapor lo ms

    seco posible, de ttulo prximo a la unidad.

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    Conductos de humo

    Son los espacios por los cuales circulan los humos y gases calientes de la

    combustin. De esta forma, se aprovecha el calor entregado por estos para calentar elagua y/o producir vapor. El humo y los gases calientes pueden circular por el tiro natural

    de la chimenea o de forma forzada por medio de ventiladores.

    Hogar

    Un hogar es una cmara donde se efecta la combustin. La cmara confina los

    productos de la combustin y debe resistir las altas temperaturas que se presentan y las

    presiones que se utilizan.Sus dimensiones y geometra se adaptan a la velocidad de liberacin de calor, al

    tipo de combustible y al mtodo de combustin, de tal manera que se haga lo posible por

    tener una combustin completa y se proporcione un medio apropiado para eliminar las

    cenizas.

    Los hogares enfriados por agua, se utilizan en la mayor parte de las unidades de

    caldera y para todos los tipos de combustibles y mtodos de combustin. El enfriamiento

    por agua de las paredes del hogar reduce la transferencia de calor hacia los elementosestructurales y como consecuencia puede limitarse su temperatura a la que satisfar los

    requisitos de resistencia mecnica y resistencia a la corrosin.

    Las construcciones de tubos enfriados por agua, facilitan el logro de grandes

    dimensiones del hogar, y ptimas de techos, tolvas, arcos y montajes de los quemadores,

    as como el uso de pantallas tubulares, planchas o paredes divisorias para aumentar la

    superficie absorbente del calor en la zona de combustin. Tambin reducen las prdidas

    del calor al exterior.Las temperaturas del gas de salida del hogar, varan considerablemente cuando se

    quema carbn, debido al efecto de aislamiento de los depsitos de ceniza y escoria sobre

    las superficies de absorcin de calor. La cantidad de superficie es el factor ms

    importante en la absorcin global de calor en el hogar y por tanto el calor liberado y

    disponible para absorcin por hora y por pie cuadrado de rea absorbente efectiva es una

    base satisfactoria para establecer una correlacin.

    Las paredes del hogar deben estar soportadas de forma adecuada tomando en

    cuenta la expansin trmica con montantes de refuerzos para resistir las fuerzas laterales

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    Para este objeto se utilizan materiales aislantes, tales como lana de vidrio

    recubierta con planchas metlicas y asbestos.

    ChimeneaEs el conjunto de salida de los gases y humos de la combustin para la atmsfera.

    Adems tiene como funcin producir el tiro necesario para obtener una adecuada

    combustin.

    Economizador

    Es un elemento que se instala en los generadores de vapor con el objeto deaprovechar parte del calor de los gases de combustin para calentar el agua de

    alimentacin antes de que pase al colector de la caldera. Es un intercambiador de calor

    formado por un sistema de conductos por cuyo interior circula el agua de alimentacin y o

    el vapor, y por su exterior los gases de combustin.

    Sobrecalentador

    Este se introduce en los generadores de vapor con el objeto de transformar elvapor saturado en vapor sobrecalentado, evitando que se condense dentro de la mquina

    de vapor y oxide sus rganos.

    Son tambin simples intercambiadores de calor que agregan al vapor energa

    calrica necesaria para sobrepasar la temperatura de saturacin, a la presin dada, y

    transformarlo en vapor sobrecalentado.

    Los sobrecalentadores pueden ser:

    De conveccin, cuando toman la energa calrica de los gases de lacombustin.

    De radiacin, cuando estn directamente expuestos a la energa radiante de

    las llamas del hogar y el calor lo reciben por radiacin.

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    Elementos auxiliares de las calderas

    La vlvula de seguridad, para permitir el escape del vapor cuando la presin

    llega a cierto lmite.

    El manmetro, que indica la presin del vapor dentro del cuerpo cilndrico El indicador de nivel, que visualiza el nivel del agua dentro del cuerpo

    cilndrico

    La entrada del hombre, es una abertura ubicada en el cuerpo cilndrico, que

    permite efectuar su limpieza y reparacin.

    El calentador de aire, que es tambin un intercambiador de calor que

    aprovechando el calor de los gases de combustin, calienta el aire fresco antes de que

    entre al hogar. La introduccin de aire caliente en el hogar aumenta la temperatura deesta y, en consecuencia, aumenta la transmisin de calor radiante de la caldera. Los

    calentadores de aire pueden ser de conveccin o recuperadores, o regenerativos.

    Fig. 1 Esquema general de un generador de vapor

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    Funcionamiento

    Funcionan mediante la transferencia de calor, producido generalmente al quemarse

    un combustible, el que se le entrega al agua contenida o que circula dentro de unrecipiente metlico.

    En toda caldera se distinguen dos zonas importantes:

    a) Zona de liberacin de calor u hogar o cmara de combustin: es el lugar donde

    se quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metlico.

    Interior: El hogar se encuentra dentro del recipiente metlico o rodeado de paredes

    refrigeradas por agua.

    Exterior: hogar construido fuera del recipiente metlico. Esta parcialmente rodeadoo sin paredes refrigeradas por agua.

    b) Zona de Tubos: es la zona donde los productos de la combustin (gases o

    humos) transfieren calor al agua principalmente por conveccin (gases-agua). Est

    constituida por tubos dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.

    El agua se impulsa al generador de vapor mediante la bomba de alimentacin, la

    que la hace circular de forma forzada por el economizador. La funcin del mismo es

    calentar el agua, generalmente hasta una temperatura inferior a la de saturacin

    correspondiente a la presin a la que se encuentra el agua; esto se hace con el objetivo

    de que el agua no entre fra a la caldera y evitar contracciones que pueden provocar

    rotura. El agua entra a la caldera despus de salir del economizador; aqu se produce la

    separacin del vapor y el agua. Se forma entonces en el interior del de la caldera una

    mezcla de vapor y agua que asciende por la disminucin de su densidad. Se acumula la

    mezcla agua-vapor al domo. En el domo, el vapor se separa del agua acumulndose en la

    parte superior de donde es extrado para ir a los sobrecalentadores. Los

    sobrecalentadores de vapor tienen la funcin de hacer que el vapor adquiera una

    temperatura superior a la de saturacin, correspondiente a la presin a que se

    encuentran, para que salga del generador con mayor entalpa. El agua que no pas a

    vapor cae de nuevo al cilindro y se repite el ciclo.

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    Superficie de calefaccin

    La superficie de calefaccin de se define como la superficie a travs de la cual se

    transmite calor al agua o vapor. Es la superficie expuesta, por una parte, a los gases que

    sirven para la calefaccin y, por la otra, en contacto con el agua. Se pueden dividir en:

    Superficie de transmisin por conveccin: es la superficie que recibe calor

    de los gases de combustin

    Superficie de transmisin por radiacin: es la superficie que recibe calor

    directamente de las llamas

    La superficie de calefaccin debe aprovechar al mximo el calor generado en el

    hogar para lograr el mejor rendimiento energtico posible. Su tamao est limitado por

    razones de economa, peso y de temperaturas admisibles.

    Potencia Normalizada de Caldera

    Para expresar la capacidad de un generador de vapor lo ms correcto es referirse a

    los kilogramos de vapor producidos por hora, indicando su presin y temperatura como

    as tambin la temperatura del agua de alimentacin.

    Se suele hablar del HP de caldera, que A.S.T.M. (Asotiation Society Testing

    Materials = Asociacin de Sociedades de Ensayos de Materiales) define como la cantidad

    de calor necesaria para vaporizar 34,5 Ib/h de agua a 272F, hasta vapor saturado a igual

    temperatura.

    Por lo tanto:

    1 HP Caldera = 34,5 Lb/h . 971,7 BTU/Lb . 0,252 Kcal/BTU

    1 HP Caldera = 8442 Kcal/h

    Para calcular la potencia de una caldera, Nc en HP caldera, hacemos:

    G = Produccin de vaporen Kg / h.

    hv = entalpa del vapor en Kcal / Kg.

    hl = entalpia del lquido en Kcal / Kg.

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    Balance Trmico de un Generador de Vapor

    El balance trmico de un generador de vapor es una de las caractersticas

    fundamentales que permite apreciar correctamente el rendimiento y economa de su

    explotacin. Se refiere este balance trmico a 1 Kg de combustible slido o lquido y a 1

    Nm 3 (Nm 3 = Normal m 3, referido a las condiciones normales de P y T, o sea: T = 20 C y P

    = 1013,25 HPa) de combustible gaseoso en el funcionamiento de la instalacin en

    rgimen permanente, o sea, estacionario.

    Se obtiene el balance trmico de una caldera estableciendo la igualdad entre el

    calor suministrado a la instalacin, es decir, el calor disponible y la suma del calor

    utilizado ms las prdidas de calor; en otras palabras, consiste en establecer la

    distribucin porcentual o en cantidad, del calor resultante de la combustin de un

    combustible, o sea, en deducir el valor de la cantidad de calor que absorbe el generador y

    el valor de cada una de las prdidas calorficas, determinando el rendimiento de la caldera

    y el valor de la prdidas calorficas debidas a distintas causas. Por lo tanto:

    Datos:

    P s : (Poder calorfico superior del combustible).

    P h: (Produccin horaria de vapor de la caldera en Kg/h).

    C c: (Cantidad horaria de combustible en Kg/h).

    P vs : (Presin de vapor sobrecalentado).

    Tvs : (temperatura de vapor sobrecalentado).

    Tg: (Temperatura de los gases a la salida de la chimenea).

    Tma : (Temperatura ambiente).

    Tagua : (Temperatura del agua de alimentacin).

    : (Humedad relativa ambiente).

    Anlisis elemental del combustible.

    Anlisis de los gases de combustin (interesa en este anlisis el % de

    Co y el % de CO 2).

    Anlisis de residuos.

    Humedad de saturacin.

    Los valores de las distintas prdidas y del calor aprovechado se expresan siempre

    en Kcal/Kg de combustible, para que resulten comparables con el Ps.

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    1) Calor transmitido al agua Q 1 - en Kcal / Kg. de combustible

    avV hhGQ 1 Gv = vaporizacin especfica (produccin de vapor por unidad de combustible),

    tambin se calcula como Gv = Ph / Ch. - h v se obtiene de Mollier y h a de las tablas devapor de agua.

    El rendimiento de la caldera, o sea, el porcentaje de Ps transmitido al agua ser:

    100.% 1

    S P Q

    2) Calor perdido por los gases secos de la combustin - Q 2 - en Kcal de gases secos /

    Kg combustible.

    Los gases que salen por la chimenea son: CO 2 CO (Si la combustin fueracompleta CO no aparecera) - N 2 y SO 2 (gases secos) + H 2O (humedad), luego:

    magps T T C GgsQ ..2 Siendo:

    Ggs = masa de gases secos en Kg gases / kg combustible

    Cps = calor especfico de los gases secos = 0,24 Kcal / kg. C

    Tg = Temperatura de los gases despus del precalentador de aire

    Tma = Temperatura del medio ambiente

    Como ingresa aire ms combustible, tenemos que restar cenizas y masa de vapor

    de agua que salen con los gases de escape, o sea:

    OHaegs 2G-Z-comb.kg1GG

    Siendo:

    Gae = Masa de aire con exceso, se calcula por balance de combustin, en Kg aire /

    kg comb.Z = cenizas en Kg cenizas / Kg comb. (es dato)

    Gae = Masa de vapor de agua que sale con los gases, o sea: G H20 = 9 Kg agua /

    Kg Hidrgeno ( H 2O = 18 / 2 = 9 - 2 es el M H 2)

    1 = Kg comb. / Kg comb. Se suma por que se tienen Kgs de aire por cada

    Kg de combustible. Luego, La masa de agua debida al H 2 del combustible ser:

    GH20h = 9 . h (Kg H2 / Kg comb)

    La masa de agua total, ser:

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    GH20 = 9 h + hu (Kg H 2O / Kg comb.)

    Luego la principal prdida ser:

    100.% 2

    s P Q2H

    3) Calor perdido debido al agua formada en la combustin del h 2 - q 3 en Kcal / Kg de

    comb.

    El calor que recibe el agua es a costa del proceso de combustin; este Q es

    necesario para llevar el agua desde la T ambiente a la T de salida de los gases de

    aproximadamente 200 C (Punto 2). La cantidad que debemos entregar segn los tres

    caminos, sern:

    (1) Cag (100 - Taire) (Kcal / kg de agua)

    (2) Calor latente de vaporizacin = 540 Kcal. / kg agua

    (3) C V (Tg - 100) (Kcal / kg de agua)

    CV: Calor especfico del vapor = 0,5 Kcal. /kg. C

    Luego:

    comb. Kg

    Kcal100Tg0,5 540 Taire-100h9Q

    4 .

    Por lo tanto:

    100.% 3

    s P Q

    3H

    4) Calor perdido debido a la humedad del combustible q 4 - en Kcal. / kg comb.:

    Similarmente al paso anterior se tiene:

    comb. Kg

    Kcal

    agua Kg

    Kcal 665

    comb. Kg

    agua KghQ u4 .

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    aireGS7 TtC aguaKg. Kcal

    0,5comb.Kg

    aire Kg. Gae

    secoairekg.agua Kg.

    XQ

    ....

    En Kcal /

    Kg como:

    seco aire Kg./agua mx. Kg.seco aire Kg./aguaKg.

    XX relativa humedad

    S

    .

    Xs = f (t) del diagrama psicomtrico

    Luego:100.% 7

    s P Q

    7H

    8) Calor perdido debido a la transmisin de calor y otras prdidas - q 8 - en kcal / kg

    comb.

    Debidas a la radiacin del calor hacia el exterior de las paredes del hogar y

    caeras. Esta prdida se determina por diferencia entre la cantidad de calor absorbido

    por la caldera y la suma de las prdidas calorficas anteriores. Para disminuirlas se debe

    aumentar el espesor de las paredes y muros del hogar revistindolo interiormente con

    material refractario. Las prdidas que se deben a diversas causas como ser: por el

    combustible gastado para poner en marcha la caldera estando fra, al apagar la caldera,

    por las purgas, por la limpieza de la caldera, etc.

    100.% 8

    7

    1

    s P

    Q

    8

    iS8

    H

    combKg./Kcal HPQ

    Hi Total de prdidas analizadas hasta el momento

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    Calderas acuotubulares

    En este tipo de calderas la generacin de vapor se produce en el interior de unas

    tuberas por donde circula el agua. Estas tuberas se recorren el hogar recibiendo calor

    del mismo. El dimetro de los tubos debe ser reducido y la velocidad de circulacin debe

    ser alta para lograr arrastrar las burbujas de vapor que se generan en la cara interior de la

    caera. La mezcla vapor agua que sale de los tubos provenientes del hogar debe ser

    descargada en el interior de un cuerpo cilndrico que cumple la funcin de separador de

    fases. El agua que se acumula en este es recirculada al circuito constituyendo as un

    bucle cerrado. Segn la forma que se logra esta realimentacin podemos diferenciar dos

    tipos de calderas acuotubulares: calderas acuotubulares de circulacin natural y calderas

    acuotubulares de circulacin forzada.

    Calderas acuotubulares de circulacin natural

    En el cuerpo cilndrico se conectan tubos llamados "bajadores" (downcomers)

    encargados de la conduccin de lquido saturado. Es decir libre de burbujas de vapor.

    Asimismo estos tubos bajadores estn aislados del hogar, de manera que al no recibir

    calor el lquido al alcanzar el extremo inferior est ligeramente subenfriado como

    consecuencia de la mayor presin esttica. Lo que importa es que no tenga vesculas de

    vapor. Los bajadores se conectan a tubos distribuidores que suministran lquido a un haz

    de tubos llamados hervidores o "subidores". Estos tubos si estn expuestos a la cesin

    trmica del hogar. En su interior es donde se genera vapor. En el extremo superior al

    abandonar la zona del hogar en su interior se tendr un vapor hmedo de muy bajo ttulo,

    del orden de x = 0,10 a 0,25. Es conveniente que el ttulo a la salida de los tubos

    hervidores, sea reducido por cuanto el agua en fase lquida es quien tiene eficiencia para

    enfriar al tubo, no as el vapor.Si el haz tubular debe generar 1.000 kg/hora de vapor, y el ttulo al ingresar al c.

    cilndrico debe ser igual a 0,10, el gasto de fluido recirculado debe ser 10.000 kg/hora. La

    relacin 10.000/ 1000 = 10 se llama Grado de Recirculado .

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    Fig. 2 Esquema de una caldera acuotubular de circulacin natural

    Para que tenga lugar la conveccin natural es indispensable que ambas columnas

    de lquido tengan peso especfico diferente. Lo cual se consigue con el artificio citado de

    tubos bajadores y hervidores. En Fig. 3 se representan las condiciones del fluido en el

    circuito elemental considerado. Donde (1) es la condicin de lquido saturado a la salida

    del c. cilndrico. (2) la condicin del fluido al ingresar al tubo hervidor. (3) al egresar del

    tubo hervidor. Ntese que los 3 estados tiene la misma temperatura. Por lo tanto la

    diferencia de pesos especficos es consecuencia del ttulo mayor que cero en el haz

    hervidor. La presin impulsora para la conveccin resulta:

    pi = H . (&1 - &2)

    Dnde:

    H = altura de columna de fluido.

    &1= peso especfico col. lquido.

    &2= peso especfico medio col. de vapor hmedo

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    La ejecucin del bucle cerrado para la recirculacin del agua debe ser

    cuidadosamente diseada para que tenga la efectividad deseada. En caso de error, si las

    resistencias a la circulacin del fluido resultan mayores, por lo tanto la presin impulsora

    calculada ser insuficiente para generar el gasto de recirculacin deseado. Consecuencia:el ttulo a la salida de los tubos hervidores ser mayor lo cual redundar en una mayor

    temperatura interior del tubo. Puede ocasionar su rotura.

    Calderas acuotubulares de circulacin forzada

    La circulacin del agua en las calderas acuotubulares de circulacin natural se

    lograba por la diferencia de las densidades en las columnas de fluido.Para obtener mayor eficiencia del ciclo trmico se genera este a presiones y

    temperaturas de sobrecalentamiento. En las proximidades de la presin crtica la

    diferencia de densidades es prcticamente nula, lo cual pone un lmite a la circulacin

    natural. Se necesita entonces una estacin de bombeo para lograr la circulacin del agua.

    La impulsin por bomba que puede emplearse cualquiera sea el rgimen de

    presin de generacin de vapor. Ya sea subcrtico como supercrtico. Atento al costo

    adicional que implica la instalacin de bombeo y al consumo de energa que demanda

    Fig. 3

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    este artificio slo se emplea para generadores de vapor que producen vapor a presiones

    superiores a los 160-180 bar. Como se comprender este diseo es slo empleado en

    generadores de vapor de gran capacidad nicamente empleado en centrales de

    generacin de energa elctrica.Cuando la impulsin del agua por bomba se emplea en sistemas subcrticos, la

    unidad se le denomina generador de vapor acuotubular de recirculado por bomba . El

    circuito recorrido por el agua es similar al de la circulacin natural. La bomba se intercala

    aguas abajo del cuerpo cilndrico al pie del generador de vapor y es alimentada por un

    nico bajador. Al colocarse la bomba al pie el lquido al ingresar a la bomba tiene su

    presin incrementada por la altura esttica de la columna de lquido, es un lquido

    subenfriado. Se evita de este modo la cavitacin.

    Cuando la presin de generacin es supercrtica, se elimina el cuerpo cilndrico por

    cuanto no hay fases distintas para separar. La recirculacin del agua con el objeto de

    controlar el ttulo del vapor a la salida de la superficie de calefaccin tampoco tiene

    sentido, por lo tanto el agua slo pasa por las superficies de calefaccin una sola vez. Ello

    motiva su denominacin de generador de vapor acuotubular de paso nico o de paso

    forzado.

    Fig.4 Esquema general de:

    a) generador de vapor acuotubular de recirculado por bomba

    b) generador de vapor acuotubular de paso nico

    c) generador de vapor acuotubular de recirculacin combinada

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    El generador de vapor de paso nico cuando opera a rgimen reducido debe para

    lograr un adecuado enfriamiento de las superficies de intercambio prximos a los

    quemadores cuando la carga es reducida. Para ello es necesario garantizar la circulacin

    de un gasto mnimo por este sector an antes de iniciar la combustin. La solucinadoptada fue colocar una recirculacin combinada. Esta resulta de una combinacin de

    un sistema paso nico con un sistema de recirculacin. Cuando la demanda de vapor es

    inferior a un 50 % de la mxima y cuando se inicia el arranque, se recircula parte del flujo

    de agua. Cuando la generacin de vapor alcanza el 50 % cesa la recirculacin en forma

    automtica.

    Calderas humotubulares

    En estas calderas, para el mejor aprovechamiento del calor de la combustin los

    gases estn obligados a circular por un haz de tubos de dimetro relativamente pequeo

    sumergidos en el agua.

    El agua es suministrada por la bomba de aguade alimentacin e ingresa en forma de lluvia por la

    cmara de vapor, evitando hacerlo prximo al cuerpo

    cilndrico para evitar shock trmico. El calor cedido por

    el combustible en el hogar, produce unas corrientes

    convectivas internas tal como las ilustra la Fig. 13,

    ascendentes por el sector central y descendentes por

    los laterales. Para ello los bosques de tubos tienen

    adecuadas separaciones para favorecer la conveccin

    natural.

    Fig. 5 Corrientes convectivas internas

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    Este tipo generadores de vapor est constituido estructuralmente de la siguiente

    manera:

    Cuerpo cilndrico.

    Fondos planos. Hogar.

    Cmaras de inversin.

    Haces tubulares.

    Fig. 6 Generador de vapor humtubular

    La combustin se desarrolla y completa dentro del hogar. Este es constituido por

    un cuerpo cilndrico corrugado que se extiende y vincula al fondo plano anterior con la

    cmara de inversin posterior (Primer paso de los gases productos de combustin). Un

    haz tubular vincula la cmara de inversin posterior con el fondo plano anterior (Segundo

    paso de los quemados). Finalmente otro haz tubular vincula al colector de los quemados

    situado sobre el fondo anterior, con un colector de quemados sobre el fondo plano

    posterior. Desde ste los quemados se dirigen a la chimenea. Se ha descripto as a un

    GV. humotubular de tres pasos, con cmara de inversin hmeda. Algunos diseos solo

    tienen dos pasos y la salida de quemados a chimenea se verifica por el frente del GV.

    Tambin los hay de 4 pasos. El ms frecuente es de 3 pasos.

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    Este diseo de calderas resulta econmica su construccin para presiones del orden de

    las 20 a 25 bar y superficies de calefaccin del orden de los 500 m (20 ton. de vapor /

    hora). Para esta superficie el cuerpo cilndrico es de aproximadamente 3200 mm. de

    dimetro exterior y 6 metros de longitud.

    Calderas Cilndricas de gran volumen de agua

    De este tipo eran las primeras calderas que se fabricaron para su uso industrial y,

    si bien en la actualidad han pasado a ser piezas de museo, se las describe a ttulo

    informativo y como breve resea histrica.

    Estos tipos de generadores estaban comprendidos en uno de los dos tipossiguientes calderas cilndricas de gran volumen de agua de hogar exterior y calderas

    cilndricas de gran volumen de agua de hogar interior.

    Calderas cilndricas de gran volumen de agua de hogar exterior: posean

    pequea superficie de calefaccin con respecto al gran volumen de agua

    contenido, la circulacin del agua no era satisfactoria, no podan tolerar

    valores elevados de presin.

    Calderas cilndricas de gran volumen de agua de hogar interior: para

    aumentar el rendimiento de las calderas cilndricas se instal el hogar dentro

    del cuerpo cilndrico, esta reforma trajo mejoras como generacin de vapor

    ms uniforme y mejor distribuida, sin embargo la circulacin del agua era

    ineficiente debajo del cuerpo cilndrico y la combustin a veces era

    incompleta debido a que el combustible estaba prximo a las paredes fras

    del hogar. Posteriormente se reemplazaron el tubo liso del hogar por tubos

    corrugados logrando as aumentar la superficie de calefaccin.

    Fig. 11 Corte transversal de caldera

    con hogar interior

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    Tipos de calderas de tubos de humotubulares

    Al comparar las calderas cilndricas de gran volumen de agua, con las de tubos de

    humo se observa que en estas ltimas, al ser la superficie de calefaccin, referida a la

    unidad de volumen de agua o a la unidad de volumen de gases, mucho mayor y la

    distribucin del calor en las masa de agua ms uniforme su rendimiento ser mayor. En

    ellas tambin la generacin del vapor es ms uniforme. Se dividen es tres tipos:

    Calderas humotubulares con hogar exterior: este tipo de calderas

    comnmente trabaja con presiones de hasta 12 Kg/cm2 y tamaos hasta

    aproximadamente 250 HP de caldera. Para un dimetro dado de la calderael espesor de chapa es uno de los factores que fija el lmite superior de la

    presin. La mayor parte de estas calderas se la construye para suministrar

    vapor saturado, sin embargo, en algunos casos se las emplea para generar

    vapor sobrecalentado, agregndoles el correspondiente sobrecalentador.

    Se las utiliza en plantas de calefaccin para grandes edificios y fbricas, y

    para la produccin de vapor para procesos y generacin de energa en

    pequeas plantas industriales. Su capacidad est comprendida,generalmente, entre 450 y 7000 Kg de vapor por hora con presiones de

    hasta 17 Kg/cm2 y alrededor de 85C de sobrecalentamiento.

    Estas unidades se fabrican para quemar una variedad bastante amplia de

    combustible: carbn, petrleo, gas, etc.

    Fig. 12 Caldera con hogar exterior

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    Calderas humotubulares con hogar interior con tubos horizontales: esta

    caldera llamada tambin escocesa, es compacta, con el tubo de fuego

    instalado en el mismo cuerpo cilndrico. En esa forma no se requiere

    mampostera como en las calderas de tipo anterior y prcticamente tampocoson necesarias fundaciones o bases de apoyo importantes. Se trata de

    calderas que pueden ser transportadas con facilidad, de un lugar a otro. Se

    adaptan muy bien para ser instaladas donde el espacio disponible es

    reducido tanto en planta como en altura. Funcionan en forma aceptable con

    aguas con concentracin de slidos relativamente elevada, pues estos se

    acumulan en la parte ms baja de la unidad y se eliminan fcilmente en la

    forma de lodos.

    Fig. 13 Caldera escocesa

    Ventajas:

    - Son de construccin compacta por lo cual se adaptan a instalaciones

    mviles

    - Ausencia casi completa de obra de mampostera lo que reduce el

    coste de instalacin y facilita su transporte

    - El cambie de tubos no ofrece dificultades

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    - Habiendo nicamente dos medidas de tubos no resulta onerosa la

    reserva que debe existir en el depsito de repuestos

    - Razonablemente econmica

    Desventajas:

    - Circulacin deficiente del agua

    - Muchas de sus partes son difciles de limpiar, acumulndose all

    fangos que producen corrosiones

    - No se adaptan fcilmente al cambio de combustible

    - La presin es limitada por su construccin misma (paredes plana)

    - En ciertas condiciones adversas las chapas de la caja de fuego, se

    curvan fcilmente por la accin del calor radiante

    - No pueden soportar sobrecargas elevadas sin que las chapas se

    recaliente

    Calderas humotubulares con hogar interior con tubos verticales: se utilizan,

    en general, para alimentar mquinas de pequea potencia y donde el

    espacio de planta es reducido, como por ejemplo en los guinches de vapor.

    Se construyen con presiones mximas de 15 Kg/cm2.

    Ventajas:

    - Costo relativamente bajo

    - De puesta en marcha rpida

    - Ocupa poco espacio

    - Se transporta fcilmente

    - No requiere construccin de mampostera, o en todo caso muy poco

    - Como todos los tubos son iguales, basta tener en depsito una sola

    medida.

    Inconvenientes:

    - Circulacin lenta y defectuosa

    - La superficie libre de vaporizacin es pequea

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    - Cuando se pretende forzar la produccin de vapor se deteriora la

    placa tubular inferior. En general, nunca la sobrecarga es mayor que

    125%.

    - Como su contenido de agua es pequeo, en relacin con laproduccin de vapor, debe conducrsela con cuidado para evitar las

    explosiones.

    - Siendo pequeo el camino recorrido por los gases, el rendimiento de

    la combustin es reducido, el calor sensible de los gases es mal

    aprovechado.

    - La extraccin de los barros, que se depositan en la doble pared que

    rodea el hogar, es dificultosa.

    Fig. 14 caldera humotubular con tubos verticales

    Tipos de calderas de tubos de acuotubulares

    Frente a la necesidad de aumentar la produccin de las calderas, se procedi a la

    construccin de unidades de tubos de agua. Debido al pequeo contenido relativo de

    agua, su gran superficie de calefaccin, y a la circulacin eficiente del lquido, estas

    calderas pueden alcanzar rpidamente las condiciones normales de marcha. Siendo

    grande la superficie de calefaccin, relativa al contenido de agua, la produccin de vapor

    es rpida y, en consecuencia, se requiere una buena circulacin del agua en los tubos.

    Las calderas de tubos de agua se pueden construir en casi todos los tamaos y

    hasta presiones muy altas. La capacidad en una sola unidad puede alcanzar hasta

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    450000 Kg/h. Se han construido para presiones de hasta 170 Kg/cm2 alcanzndose la de

    225Kg/cm2 en calderas provistas de domos convencionales.

    Ventajas:

    - Peso relativamente pequeo- Pueden soportar tiros forzados enrgicos

    - Puesta en marcha rpida

    - Puede variarse fcilmente la produccin de vapor lo cual permite pasar

    rpidamente de la carga normal a sobrecargas relativamente grandes

    - La explosin de un tubo no tiene mayores consecuencias

    - Puede variarse fcilmente las dimensiones de su hogar para adoptarlo a

    distintos combustibles

    - Su diseo permite grandes sobrecargas sin dao para la unidad

    - Ocupan de 10 a 30% menos lugar que las de tubo de fuego

    - Todas sus partes pueden limpiarse, inspeccionarse y repararse con ms

    facilidad que en las calderas de tubos de fuego.

    - Permite construirlas para amplios limites de presin y temperatura, y ajustar

    el diseo del hogar a las caractersticas del combustible a usar y el mtodo

    de alimentacin. Esta flexibilidad es muy interesante y necesaria cuando se

    proyectan calderas para una planta existente.

    Desventajas:

    - Su costo inicial es mayor que las de retorno de llama, en general, calderas

    de menos de 100 HP son de costo prohibitivo.

    - Por su reducido volumen de agua debe cuidarse, en especial, su

    alimentacin, sobre todo cuando funcionan a plena carga o sobrecargadas,

    pues un descuido de pocos minutos puede ser fatal. Se impone entonces, la

    alimentacin automtica.

    - La presin y la vaporizacin son muy sensibles a la variacin del grado de

    combustin debido al pequeo volumen de agua y de vapor.

    - Si se desea se funcionamiento ptimo hay que alimentarlas con agua tratada

    para evitar que se incrusten los tubos, que en ocasiones obligan a poner

    rpidamente fuera de servicio la unidad.

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    A pesar de estos inconvenientes se las prefiere debido al menor peso y espacio

    ocupado, por su menor costo de operacin y manutencin y por su elevado rendimiento.

    Podemos dividir a las calderas acuotubulares en: o como ya se mencion

    anteriormente de circulacin forzada o natural, la calderas de circulacin natural sepueden dividir en calderas de tubos rectos o de tubos curvos.

    Calderas acuotubulares de tubos rectos: en estas calderas los tubos pueden

    estar dispuestos en posicin vertical u horizontal. Se designa con el nombre

    de caldera de tubos verticales a aquella cuyos tubos estn instalados

    verticalmente o con poca inclinacin respecto de la vertical y caldera de

    tubos horizontales cuando los tubos son horizontales o se apartan poco de

    esa posicin.

    Ventajas:

    - Al ser todos sus tubos iguales se requiere una reserva reducida de los

    mismos

    - Un tubo puede ser reemplazado sin necesidad de mover otros.

    - La limpieza interior de los tubos para eliminar incrustaciones, se

    efecta con facilidad utilizando mtodos mecnicos sencillos

    - Su diseo se adapta para la normalizacin

    - Se pueden adaptar para edificios de poca altura.

    Desventajas:

    - Dificultades para la fabricacin de las cajas colectoras y seccionales.

    - Gran cantidad de agujeros de acceso para los extremos de los tubos.

    - La limpieza de los tubos exige retirar una gran cantidad de cierres.

    - Debe estudiarse con cuidado el proyecto para que la dilatacin de los

    tubos no cree tensiones peligrosas

    - La temperatura de los gases es elevada.

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    Fig. 15

    Calderas acuotubulares de tubos curvos: con el objeto de disponer de

    calderas de funcionamiento ms flexible que las de tubos rectos, en las que

    la circulacin fuese ms efectiva, ms elevada la transmisin del calor y

    desprovistas de los principales inconvenientes de las de tubos rectos, se

    proyectaron y construyeron los generadores de vapor conocidos con el

    nombre de calderas de tubos curvados. Existen unidades hasta con cinco

    domos, pero las ms comunes son las de dos domos, interconectados por

    medio de tubos curvados. La superficie de calefaccin de mayor magnitud

    est constituida por los tubos que vinculan si a los diversos domos y que, en

    la mayora de los modelos, estn distribuidos en dos o tres haces. El

    sobrecalentador se instala entre los tubos del primer haz o entre el primero y

    el segundo haz de tubos.

    Ventajas:

    - La elasticidad en el diseo.

    - La curvatura de los tubos permite su dilatacin sin daar las uniones

    - La transmisin del calor es buena debido al gran nmero de

    pequeos tubos.

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    - La circulacin, que es ms efectiva que en las calderas de tubos

    rectos, permite mayores produccin de vapor

    Desventajas:- Consta de una gran variedad de tubos, lo que exige mantener en

    depsito una cantidad mayor de unidades de reemplazo que en el

    caso de las calderas de tubos rectos.

    - La limpieza de los tubos ofrece ciertas dificultades, sobre todo en las

    curvas, adems la operacin debe realizarse desde el interior de los

    domos.

    - EL reemplazo de los tubos curvos es ms difcil que la de los tubos

    rectos, en algunos modelos el cambio de algunos tubos exige retirara

    otros.

    Fig. 16 Caldera acuotubular de tuboscurvos de tres domos

    Fig. 17 Esquema de caldera acuotubular de

    tubos curvos de tres domos

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    Tratamiento del agua de alimentacin a la caldera

    Uno de los factores que influye en la eleccin del lugar para instalar una planta de

    vapor es la conveniencia del suministro de agua, ya que el empleo de aguaimpropiamente tratada puede conducir fallas de la instalacin debidas a la corrosin y a la

    formacin de incrustaciones.

    El tratamiento de agua de alimentacin es esencial para el eficaz funcionamiento

    de la instalacin y un tratamiento qumico correcto del agua aumenta la flexibilidad de la

    operacin de la planta y reduce los gastos de mantenimiento.

    El agua natural contiene impurezas slidas, liquidas y gaseosas. Algunas de las

    impurezas solidas son solubles, mientras que otras no lo son. Las impurezas liquidascontienen aceites y grasas y pueden hallarse tambin presentes gases, tales como

    oxgeno y CO2. El efecto de ciertas impurezas es la formacin de incrustaciones al

    evaporarse el agua, mientras que otras sales presentes en las aguas naturales pueden

    originar corrosin de los metales.

    La dureza del agua es debida a la presencia de sales minerales de calcio y

    magnesio, incluyendo los carbonatos, que son relativamente insolubles, pero que son

    mantenidos en solucin debido a su combinacin con el cido carbnico, es decir, estn

    presentes en forma de bicarbonatos, as como sulfatos, cloruros, nitratos, que son

    solubles. Adems, el agua puede contener otros slidos insolubles designados con el

    nombre de barros y pueden acumularse en la caldera consolidando los depsitos de

    incrustaciones y produciendo, espumas y arrastres de agua.

    Las impurezas liquidas proceden de afluencias que tiene el agua de los ros o de

    los motores primarios (aceite lubricante y grasas); el agua de alimentacin de la caldera

    debe estar exenta de tales impurezas, pues pueden ocasionar reventones en los tubos de

    la caldera.

    Las impurezas gaseosas ayudan a la corrosin de los materiales de la instalacin y

    deben ser eliminados del agua.

    El agua de alimentacin est formada por agua de condensacin y agua de aporte;

    en una instalacin generadora de vapor, esta ltima presenta entre un 2% a 5% del total

    del agua de alimentacin, mientras que en plantas donde el vapor se emplea para realizar

    otro tipo de trabajo adems de la generacin de potencia, el aporte puede llegar a se del

    orden del 100% del agua de alimentacin.

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    El agua bruta o dura es tratada en un proceso de ablandamiento o una evaporacin

    o por ambos y tambin por adicin de productos qumicos. Los procesos de depuracin

    del agua pueden ser:

    Proceso cal-sosa Proceso de intercambio de base

    Proceso de desmineralizacin

    En el primero de los procesos mencionados las sales generadoras de

    incrustaciones se precipitan como compuestos relativamente insolubles, carbonato de

    calcio e hidrato de magnesio por la adicin de cal hidratada y carbono sdico.

    En el segundo proceso las sales generadoras de incrustaciones se convierten en

    sales no incrustantes de sodio, haciendo pasar el agua a travs de un lecho de zeolita.

    En el tercer proceso el agua atraviesa dos unidades: en la primera se convierte la

    sal en cido (catin) y en la segunda, el cido se convierte en agua (anin).

    El proceso de evaporacin consiste en hervir el agua en un evaporador,

    condensando el vapor producido, obteniendo as un condensado que es aguan en gran

    pureza, este tratamiento proporciona una fcil extraccin de la incrustacin.

    Desobrecalentador

    Las centrales de vapor modernas, se proyectan, para generar vapor con al grado

    de sobrecalentamiento, requirindose en muchos procesos industriales, vapor saturado.

    La conversin de vapor sobrecalentado a presiones y temperaturas menores que las

    producidas por el generador de vapor, se obtiene inyectando agua fra pulverizada,

    emplendose para ello desobrecalentadores.

    El desobrecalentador tiene por objeto mantener la temperatura constante de la

    salida de vapor sobrecalentado, en condiciones de trabajo de mayor carga que las

    normales. Generalmente es un serpentin conectado en by-pass con el sobrecalentador y

    ubicado en el colector de la parte superior de la caldera.

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    El trmino sobrecalentado se aplica al vapor de ms alta presin y el de

    recalentado se refiere al vapor de presin ms baja que ha liberado parte de su energa

    durante la expansin en la turbina de alta presin. Con presin de vapor inicial alta

    pueden emplearse una o ms etapas de recalentamientos con el fin de mejorar laeficiencia trmica.

    Figura 18: La transformacin 1-2-3 se

    realiza en el sobrecalentador. A lo largo de 1-

    2 el vapor se seca y 2-3 representa el

    sobrecalentamiento propiamente dicho a

    presin constante.

    Figura 19: La trasformacin 4-5

    corresponde al recalentamiento del vapor,

    entre las etapas de alta y baja de la turbina.

    El sobrecalentador no es ms que un intercambiador tubular de calor en el que se

    sobrecalienta el vapor ligeramente hmedo que proviene del domo de la caldera.

    El sobrecalentador de las grandes calderas modernas absorbe una considerable

    proporcin de calor liberado en el hogar y, por lo tanto, la superficie de calefaccin

    necesaria constituye una fraccin grande e importante de las partes sometidas a presin

    del generador de vapor.

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    Por otra parte, con los grandes hogares enfriados por agua, los mtodos modernos

    de combustin y las elevadas temperaturas finales de vapor, buena parte de la superficie

    del sobrecalentador debe instalarse en una regin donde la temperatura de los gases es

    muy elevada, encontrndose sometida a condiciones que son ms severas que las quereinan en cualquier otra parte de la planta generadora de vapor. Solamente se logran

    buenos rendimientos y seguridad, en el funcionamiento del sobrecalentador, si este opera

    entre lmites bastantes estrechos.

    Clasificacin

    De acuerdo de cmo reciben el calor los sobrecalentadores se pueden clasificarse

    en sobrecalentadores de conveccin, sobrecalentadores de radiacin o sobrecalentadoresmixtos.

    Sobrecalentadores de conveccin: el calor es transmitido al vapor,

    principalmente por conveccin desde los gases que barren la superficie de

    sus tubos. Se instalan ms all de la salida del hogar, donde la temperatura

    del gas son ms bajas que las de las zonas en las que se usan los

    sobrecalentadores de tipo radiante. Por lo comn, los tubos se disponen en

    la forma de elementos paralelos, con poco espaciamiento lateral y en

    bancos de tubos que se extienden parcial o completamente a travs de la

    corriente de gas, con el gas fluyendo a travs de los espacios relativamente

    angostos entre los tubos. Se obtienen gastos elevados de gas y en

    consecuencia velocidades altas de transferencia de calor por conveccin a

    expensas de la cada de presin de gas a travs del banco de tubos.

    Figura 20: Caldera de cuatro

    domos con sobrecalentador entre

    los tubos.

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    Sobrecalentadores por radiacin: por lo general se disponen para expansin

    directa a los gases del hogar y, en algunos diseos, forman parte de la

    cubierta de ste. En otros diseos, la superficie se dispone en forma de

    espiras tubulares o planchas, con amplio espaciamiento lateralextendindose hacia el hogar. Esta superficie se expone a los gases a alta

    temperatura del hogar que se mueve a velocidades relativamente bajas, as

    que la transferencia de calor se hace por radiacin.

    Fig. 21: Sobrecalentador por radiacin

    con hogar separado

    Sobrecalentadores Mixtos o de Radiacin-Conveccin: Combinando en

    forma conveniente, un sobrecalentador de radiacin con otro de conveccin

    se puede mantener constante la temperatura final de sobrecalentamiento

    entre amplios lmites de variacin de la carga de la caldera. En el caso de

    calderas de doble hogar, el sobrecalentador mixto permite mantener

    constante el sobrecalentamiento entre un cuarto y plena carga de la

    caldera.

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    Economizador

    El calor sensible contenido en los gases de combustin que abandonan la

    superficie de calefaccin es la mayor prdida de energa en una caldera. El objetivo deleconomizador es aprovechar una fraccin de este calor sensible y as mejorar el

    rendimiento de la caldera.

    El economizador es una superficie de calefaccin que aporta calor al agua que

    ingresa a la caldera para que su diferencia trmica con el agua que ya se encuentra

    dentro no sea muy importante.

    El economizador ser el ltimo de los intercambiadores que recorren los gases

    pues por el circula el fluido ms frio.Cuando se emplea el ciclo regenerativo, es decir el calentamiento del agua de

    alimentacin por medio de vapor extrado en distintas etapas de la turbina, se instala un

    precalentador de aire que, ahora, es el que ocupara el ltimo lugar precediendo al

    economizador.

    El economizador debe instalarse en la descarga de la bomba de alimentacin y no

    en la aspiracin, pues perturbara el funcionamiento de la bomba.

    Figura 22: Representacin en el

    diagrama T S, del calentamiento 1-2, del

    agua, en el economizador

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    Tipos de economizadores

    Economizador integral: se emplean nicamente en las calderas

    acuotubulares de tubos curvados, y estn constituidos por un haz

    semejante a los de la caldera, que se instala en el ltimo paso de

    conveccin. Pueden ser uno o dos colectores. Si tiene un colector este se

    coloca en la parte inferior, es por aqu donde ingresa el agua de

    alimentacin, se une al domo de agua y vapor de caldera a travs de haz de

    tubos del economizador, de esta manera el agua solo realiza un paso por el

    economizador. Si tiene dos colectores uno se encuentra en la parte inferior

    y otro en la parte superior, este ultimo tiene un tabique divisor, en uno de loscompartimientos del colector superior ingresa el agua de alimentacin que

    se desplaza descendentemente hasta el colector inferior a travs de uno de

    los haces del economizador, luego asciende al otro tabique del colector

    superior a travs del otro haz de tubos del economizador, en total el agua

    realiza dos pasos por el economizador.

    Fig. 23a) Economizador integral de dos colectores

    b) Economizador integral de un colector

    c) Economizador integral de dos colectores

    Economizadores interiores o exteriores: si es exterior significa queconstituye una unidad no encerrada en la caldera y esta soportado

    independientemente. Si es interior el economizador instalado en la

    armadura de la caldera

    Economizador del tipo accesible: estos economizadores poseen

    mecanismos para simplificar la limpieza interior de los tubos, como tapones

    o en los codos partes extrables. Se utilizan en los casos en que el agua de

    alimentacin, por no ser de calidad requerida, produce incrustaciones y

    otros depsitos en los tubos.

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    Economizadores de fundicin: Los economizadores modernos de fundicin,

    se caracterizan por estar constituidos por tubos aleteados, lo que no solo

    favorece la transmisin de calor sino que aumenta la resistencia de presin

    interior. Las aletas pueden ser cuadradas o circulares y los extremos de lostubos terminan en bridas cuadradas que facilitan la formacin de pilas. La

    unin entre tubos se obtiene por medio de codos exteriores con bridas. La

    limpieza exterior de los tubos aleteados se realiza con chorros de vapor.

    Economizadores de acero: El acero, excepto en lo que a la corrosin se

    refiere, ha demostrado ser el material ms apropiado para la construccin

    de economizadores de alta presin. Las principales ventajas ofrecidas por

    los tubos de acero son: dimetro y espesor ms pequeo, menos

    reparaciones, mayor superficie de calefaccin en volumen dado, mayor

    calor transmitido para un mismo peso por unidad de superficie y finalmente

    menor costo.

    Economizador de prevaporizacion: en estos economizadores el agua se

    calienta hasta la temperatura de saturacin del vapor, y luego una parte de

    la misma se vaporiza en su recorrido. Se garantiza el desplazamiento del

    vapor a la caldera con velocidades de circulacin apropiadas y una amplia

    unin con la caldera. Se los puede considerar una extensin de la caldera.

    Son siempre de acero.

    Tiro natural y tiro forzado

    Definiciones

    El funcionamiento de una instalacin generadora de vapor exige que circule, atravs de la misma, los gases calientes producidos por la combustin y que,

    simultneamente, llegue aire al hogar, para mantener a esta ltima, y se descarguen los

    gases fros por la chimenea. El fenmeno que produce el movimiento de la masa

    generadora recibe el nombre de tiro.

    Se dice que la presin del hogar o de la cmara de combustin es positiva cuando

    es mayor que la presin atmosfrica, en cambio, si es menor que esta ltima, se la

    considera como negativa. Cuando la presin en dicha cmara es igual a la atmosfrica se

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    dira que es equilibrada o balanceada. Las presiones negativas presentan la desventaja de

    permitir la entrada al hogar de aire en exceso a travs de las fisuras, reducindose por

    ello el rendimiento. Por lo contrario, la presin positiva sopla el fuego a travs de las

    puertas del hogar y los gases a travs de las fisuras. Lo ms conveniente sera un hogarcon presin equilibrada para evitar los inconvenientes anteriores.

    Como las diferencias de presiones necesarias, para mantener la corriente gaseosa,

    son relativamente pequeas el tiro se mide en milmetros de columna de agua. La

    diferencia de presin requerida depende, fundamentalmente, de la resistencia que opone

    la instalacin al movimiento de los gases, desde la entrada del cenicero hasta la boca de

    la chimenea.

    El tiro tiene por finalidad:

    1) Hacer llegar al hogar el aire necesario para la combustin.

    2) Obligar a los gases a recorrer los conductos de humo con velocidadaceptable.

    3) Evacuarlos en las capas relativamente altas de la atmosfera, para que noproduzca inconvenientes en las regiones habitadas.

    Tiro natural

    En el tiro natural, la chimenea es la encargada de producir la aspiracin necesaria

    para que los gases; puedan vencer las resistencias que encuentran, en su camino a

    travs de toda la instalacin, circulando con velocidad aceptable y abandonen la

    chimenea con suficiente energa para alcanzar regiones elevadas de la atmsfera con el

    fin de no perjudicar a las poblaciones.

    Los gases que llenan la chimenea se encuentran a mayor temperatura que la del

    aire circundante, por consiguiente, el empuje hacia arriba que recibe la columna de gases

    calientes, que es igual al peso del volumen de aire que desaloja, ser superior a su peso

    y. en consecuencia, esa columna gaseosa estar animada de movimiento ascendente.

    Pero como en virtud del diseo de la instalacin, a medida que salen gases por la

    chimenea entra aire al hogar, el movimiento resulta continuo y se establece as la

    corriente gaseosa que constituye el tiro natural.

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    En el sistema de conductos que comienzan en la puerta del cenicero y terminan en

    la boca de la chimenea los gases se encuentran diversas resistencias que se oponen a su

    movimiento y son la causa de prdidas de presin.

    El tiro necesario es aquel que es suficiente para vencer las resistencias opuestas alsistema y asegure una adecuada velocidad de circulacin de los gases. El tiro se regula a

    travs del registro, es un dispositivo que se abre o cierra aumentando o disminuyendo la

    resistencia al paso del aire. Cuando se desea quemar ms combustible se abrir ms el

    registro disminuyendo la resistencia al movimiento del gas, aumentar la velocidad de la

    corriente fluida penetrar ms aire al hogar y crecer la combustin.

    Originalmente, las primeras calderas funcionaban a tiro natural, ello debido a la

    simplicidad de su ejecucin. Luego de efectuada la combustin en el hogar, los gases se

    dirigan a chimenea, sin tener que circular a travs de otros equipos. La necesidad de

    aumentar el rendimiento econmico de generacin, de incrementar la produccin

    especfica de generacin, hizo necesario intercalar equipos recuperadores de calor y

    aumentar la velocidad de desplazamiento de los quemados. Estas circunstancias y otras

    ms, significan un incremento de las resistencias y exigencias de mayor capacidad de tiro,

    no siendo posible de conseguir econmicamente con el recurso de chimenea. De este

    modo, nicamente instalaciones sencillas, de muy pequea capacidad de generacin de

    vapor, utilizan tiro natural. Otra desventaja que tienen los generadores de vapor con tiro

    natural es que generalmente no pueden sobrepasar el 150% de sobrecarga debido a la

    limitacin que impone la altura de la chimenea. La tendencia actual an en este tipo de

    ejecuciones tiende a reemplazarlo por tiro artificial, para lograr una unidad ms compacta

    y obviar el elevado costo de la chimenea de importante altura. Resulta as que, de

    acuerdo a la concepcin actual, el tiro natural no resulta racional, resulta indispensable el

    tiro artificial. El tiro natural se limita a instalaciones primarias, de mnima importancia. La

    chimenea, o sirve para dispersin de los quemados (ejecucin metlica) o bien como

    respaldo a la de tiro artificial, para disminuir los costos de explotacin.

    Tiro artificial

    El tiro artificial consiste en hacer llegar al emparrillado o al hogar, el aire necesario

    para la combustin utilizando un medio mecnico u otro cualquiera. Ello implica el gasto

    de cierta cantidad de vapor para producir el movimiento de la columna gaseosa,

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    contrariamente a lo que sucede con el tiro natural, con el cual no debe gastarse energa

    suministrada por la planta generadora de vapor para mover la columna de gases.

    Con el tiro artificial se tiene la posibilidad de variar la cantidad de aire que llega al

    hogar, dentro de amplios lmites, lo que permite hacer trabajar las calderas consobrecargas mucho mayores que con el tiro natural.

    El tiro artificial, como el tiro natural, est influenciado por las condiciones

    atmosfricas, pero en cambio se tiene con l la posibilidad de contrarrestar toda escasez

    de aire actuando sobre los ventiladores o sobre los registros, de la chimenea.

    El tiro artificial presenta, sobre el natural, las siguientes ventajas:

    - Suprime dimensiones excesivas de la chimenea que para asegurar el tiro en

    todas las circunstancias, debe calcularse para las condiciones ms

    desfavorables.

    - Permite la regulacin sencilla.

    - Es independiente de las condiciones atmosfricas.

    - Se adapta ms fcilmente a las variaciones de carga de la central aun

    cuando stas sean bruscas.

    - Con l pueden quemarse carbn de calidad inferior y barato que requieren,

    casi siempre, tiros ms fuertes que los que se obtienen con las chimeneas.

    - Se recomienda para quemar carbones menudos, o cuando los espesores del

    lecho de combustible son grandes, pues permite vencer la resistencia que

    ellos oponen al paso del aire.

    - Resuelven econmicamente el problema de los picos de carga en las

    centrales forzando la vaporizacin de las calderas de servicio normal.

    Tiene en su contra, este sistema, el gasto de energa que exige, y que crece

    rpidamente con la presin o depresin requerida. Adems la combustin debe regularse

    cuidadosamente para evitar los excesos de aire que son fuentes de prdidas

    considerables.

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    Tiro Forzado

    Con el tiro forzado se hace llegar el aire a presin, por debajo del emparrillado

    utilizando ventiladores o eyectores de vapor. Estos insuflan aire por debajo de la parrillavenciendo la resistencia de la capa de combustin y manteniendo al hogar a una pequea

    sobre presin con la relacin a la presin atmosfrica.

    Este ventilador reduce el tiro que debe suministrar la chimenea. Se evita tambin

    que en los conductos de humo se produzcan grandes depresiones con la consiguiente

    entrada perjudicial de aire a travs de las fisuras. Debe evitarse el soplado muy enrgico,

    capaz de arrastrar finos y cenizas.

    El tiro forzado tambin se puede emplear para soplar aire secundario por encimade la parrilla, con el fin de crear una turbulencia favorable para la combustin total de los

    productos de la destilacin del combustible.

    Figura 24: Sistema con tiro forzado:

    a) ventilador de soplado de la parrilla

    b) ventilador de aire secundario.

    Tiro forzado: sistema a cenicero cerrado

    El aire es aspirado del exterior, o en la misma sala de calderas, con un ventilador y

    es enviado a presin al cenicero a travs de conductos adecuados provistos de registros.

    La instalacin tiene generalmente sistemas de comandos automticos que permiten

    regular la cantidad de aire de acuerdo con la demanda. Como la presin en el hogar es

    superior a la atmosfrica, al abrir la puerta del hogar para su limpieza se produce el

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    retorno de llama hasta la sala de calderas, motivo por el cual deben existir mecanismos

    que interrumpan la llegada de aire en esos momentos.

    Tiro forzado: sistema a cmara cerrada

    En este sistema, se enva el aire a presin en la sala de calderas hermticamente

    cerrada; dicho aire est obligado a pasar por el hogar, puesto que es la nica va de

    escape disponible.

    En las naves de guerra se usa casi exclusivamente este tipo de tiro. Como la sala

    de calderas no debe permitir la salida del aire para evitar variacin en su presin, lasentradas se hacen con doble puerta. En las instalaciones terrestres, este sistema no

    conviene debido al tamao grande de los locales, a la presin ejercida sobre las paredes,

    y a las precauciones que deben tomarse en puertas y ventanas.

    Tiro Forzado con eyectores de vapor

    Se puede obtener el tiro forzado instalando aparatos a chorro de vapor basados en

    el mismo principio del inyector de vapor, pero que arrastra aire en vez de agua. Este

    sistema se utiliza en pequeas instalaciones provistas de emparrillados especiales para

    quemar combustibles menudos o de mala calidad. Su instalacin en unidades corrientes

    resulta onerosa, y adems, si el combustible quemado es de trozos grandes se producen

    golpes de fuego que recalientan las chapas.

    Tienen sin embargo la ventaja de que la inyeccin de aire con vapor asegura un

    buen enfriamiento de las parrillas, e impide que las escorias se adhieran a ellas. Cuando

    las toberas estn bien reguladas y convenientemente vigiladas, se pueden obtener

    combustiones satisfactorias.

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    Fig 25. Tiro forzador con eyector de

    vapor

    Criterio de seleccin de mquinas trmicas

    Para la seleccin de las mquinas trmicas los parmetros a cubrir apuntan

    principalmente al aspecto econmico de la viabilidad del proyecto, en donde se buscar el

    mnimo costo de inversin de capital con la mxima economa de produccin, adems

    que la energa que se produzca, mantenga una relacin directa con la cantidad de

    combustible que se consumir y que la mquina trmica requiera un mnimo e operacin

    manual, para garantizar una mayor seguridad, resultando confiable dentro de losparmetros normales de servicio.

    Objetivos generales:

    - Mnimo costo (inversin de capital)

    - Mxima economa

    - Mxima produccin de energa.

    - Seguridad de operacin.

    - Contaminacin del medio ambiente

    - Confiabilidad de servicio.

    Parmetros generales:

    - Rango o limitacin de potencia

    - Rendimiento caracterstico

    - Tipos de combustibles utilizados.

    - Requerimientos de agua a alimentacin

    - Posibilidad de ciclos combinados.

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    Rango o limitacin de potencia

    Las mquinas trmicas de combustin interna son para bajas potencia Diesel,

    mxima hasta 60000 CV. La turbina de gas, para pequeas potencias y generacin entre50 y 200 Mw para carga base y pico. La turbina de vapor, alcanza potencias elevadas de

    hasta 1200 Mw, en 2 ejes (1630000 CV), potencia en funcin del caudal mximo y de la

    velocidad de rotacin.

    Rendimiento caracterstico

    Para las mquinas alternativas de vapor: transporte = 12%; estacionario = 20%.

    Para los motores de combustin interna: a explosin = 30%; Diesel = 38%.

    Para las turbinas de gas = 34% y para las turbinas de vapor = 43%.

    Tipo de combustible

    - Disponibilidad- Costo

    Para las mquinas trmicas de combustin externas, se puede internar quemar

    cualquier tipo de combustible.

    Para las mquinas trmicas de combustin interna: nafta, gas oil, gnc.

    Para las turbinas de gas: normalmente combustibles gaseosos o lquidos. Se tuvo

    cierto xito con combustibles slidos y residuales.

    Requerimientos de agua de alimentacin

    El agua es de suma importancia en los ciclos de vapor. Para la alimentacin de los

    generadores de vapor, el agua debe poseer una pureza significativa, (por ello existe una

    planta qumica de tratamiento de agua), para evitar la corrosin y sedimentacin en las

    paredes de los tubos de la caldera, ya que obstruira la libre circulacin, reduciendo su

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    seccin y pinchando los tubos, siendo necesario gran cantidad de agua de alta pureza

    para compensar prdidas. En cambio, se necesitan grandes cantidades de agua de baja

    calidad para mantener la temperatura de la fuente fra, utilizndose agua de mar, ros,

    lagos, etc. En el caso de motores de combustin interna se emplea agua de refrigeracin,aunque sta puede ser reemplazada por aire.

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    Conclusin

    La eleccin de un generador de vapor se torna difcil debido a las muchas

    variaciones de forma, tamao y disposicin de los componentes esenciales. Acontinuacin solo se mencionaran algunos de los datos a tener en cuenta a la hora de

    seleccionar un generador de vapor.

    El principal factor a tener en cuenta es saber qu ciclo va a alimentar el dispositivo,

    esto nos determinar el ttulo de vapor entregado su presin y temperatura. Tambin los

    factores fsicos entran en juego a la hora de la seleccin de la unidad. Los requisitos se

    refieren a la altura de los techos y el rea de los pisos. Es necesario saber con qu grado

    de variacin de carga funcionar la planta, de esta manera se podr saber que regulaciny que tipo de tiro implementar. El circuito de agua consiste en la trayectoria del flujo de la

    misma, ya sea si se trabaje con circulacin natural o por bomba, se debe asegurar un

    tratamiento adecuado del agua de alimentacin para que las tuberas no sufran corrosin

    excesiva. Es fundamental tambin saber qu tipo o tipos de combustible se quemar en la

    caldera, sean slidos, lquidos o gaseosos.

    En definitiva cada proyecto tendr sus variantes, de todas maneras se deben tomar

    como gua requisitos comunes a todas las calderas para escoger aquellas que satisfagan

    las necesidades adecuadamente.