GENERADORES DE VAPOR
VAPOR
Principio de funcionamiento:
Ebullición de agua a niveles de
presión por debajo del punto
crítico
( 3206,2 Psia y 705,4 F)
AGUA DE
ALIMENTACIÓN
AREA DE CONOCIMIENTO: EQUIPOS
MÁQUINAS E INSTALACIONES INDUSTRIALES.
TEMA Nº 1: GENERADORES DE VAPOR
Ingeniería
UNEF
• Un generador de vapor es un conjunto
de aparatos y equipos auxiliares que se
combinan para generar vapor.(caldera,
economizador, sobrecalentador de
vapor, precalentador de aire, etc.)
• Una caldera de vapor es un recipiente
cerrado en el cual se genera vapor de
agua, utilizando el calor extraído de un
combustible o por el uso de
electricidad o energía nuclear.
PROCESO TERMODINÁMICO. CICLO RANKINE
3
TURBINA
DE VAPOR
CALDERA
4
CONDENSADOR
BOMBA
2
1
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UNEF
DIAGRAMAS TERMODINÁMICOS. CICLO
RANKINE
T-s Diagram
1-2:
2-3:
3-4:
4-1:
P-v Diagram
Compresión isoentrópica en la bomba (DQ=0, DS
Adición de calor a P ctte en la caldera (DP=0), Q
Expansión isoentrópica en la turbina (DQ=0, DS
Condensación a P ctte (DP=0), Qout
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CLASIFICACIÓN DE LOS GENERADORES DE
VAPOR
SEGÚN ELPROCESO DE TRANSFERENCIA
DE CALOR
SEGÚN EL TIRO O CIRCULACIÓN DE LOS
GASES
CALIENTES
SEGÚN LA CIRCULACIÓN DEL AGUA
SEGÚN EL TIPO DE COMBUSTIBLE
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SEGÚN EL PROCESO DE TRANSFERENCIA DE
CALOR
PIROTUBULARES
Presiones hasta 150 LPPCM
Generación de vapor hasta 150 KLb/h
Generación de vapor saturado
Pequeñas dimensiones
Carcasa cilíndrica
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SEGÚN EL PROCESO DE TRANSFERENCIA DE
CALOR
ACUOTUBULARES
Presiones hasta 1500 LPPCM
Generación de vapor mayor a 300 Klb/h
Generación de vapor sobrecalentado
Grandes dimensiones
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SEGÚN EL PROCESO DE TRANSFERENCIA DE
CALOR
ACUOTUBULARES DE TUBOS
RECTOS
ACUOTUBULARES DE TUBOS CURVADOS
O DOBLADOS
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Tiro
• Es la diferencia entre
la presión de la
caldera y la presión
atmosférica.
• El tiro es necesario
para el
funcionamiento del
hogar de una caldera,
con el fin de poderle
suministrar el aire
necesario para la
combustión del
combustible y arrasar
los gases quemados
hacia el exterior a
través de la chimenea
TIRO NATURAL
• Se produce por
el efecto
generado por
una chimenea.
Su valor
depende de la
altura de la
boca de la
chimenea sobre
el nivel del
emparrillado
del hogar
SEGÚN EL TIRO EN LAS CALDERAS
CHIMENE
A
DUCTO
S
GASE
S
CALIE
NT
Q
AIRE
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Tiro Mecánico
• Es el tiro creado
por la acción de
inyectores de aire,
vapor o meciante
ventiladores, el
cual se requiere
cuando deba
mantenerse un
determinado tiro
con
independencia de
las condiciones
atmósféricas y del
régimen de
funcionamiento
de la caldera
SEGÚN LA CIRCULACIÓN DEL AGUA
CIRCULACIÓN NATURAL
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SEGÚN LA CIRCULACIÓN DEL AGUA
CIRCULACIÓN FORZADA
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CONOCIMIENTOS PARA LA SELECCIÓN DE UNA
CALDERA
Entre los diversos datos debemos conocer:
• La Potencia de la Caldera
• El Tipo de Combustible que esta Necesita
para Trabajar
• La Demanda de Vapor Que se Requiere, etc.
Podemos decir que en realidad existen varios
factores importantes al momento de elegir
una caldera, tales como:
• Capacidad de Consumo de la Empresa
• Capacidad de la Caldera
• Capacidad de Turbina / Generador.
COMPONENTES PRINCIPALES
PARTES SOMETIDAS A PRESIÓN
•Superficies de calefacción
•Tanques de almacenamiento de agua y vapor
•Superficie de sobrecalentamiento y recalentamien
EQUIPOS DE COMBUSTIÓN
•Quemador combustibles fluidos
•Alimentadores combustibles sólidos
•Hogar
ORGANOS AUXILIARES
•Preparación de combustibles
•Sistema de tiro
•Remoción de cenizas
•Instrumentación y control
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COMPONENTES PRINCIPALES
QUEMADOR
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COMPONENTES PRINCIPALES
CHIMENEA
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COMPONENTES PRINCIPALES
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COMPONENTES PRINCIPALES
PIROTUBULAR
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COMPONENTES PRINCIPALES
CALDERA ACUOTUBULAR
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SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN, CONTROL Y
SEGURIDAD
VARIABLES A CONTROLAR
•Controlar el nivel del agua
Si es muy bajo, superficies de calentamiento expu
Si es muy alto, agua puede ser aspirada junto con
•Controlar agua de alimentación
Control de nivel on- off
Precalentar agua de alimentación
•Controlar Presión
Operaciones a bajas presiones son más turbulenta
•Controlar demanda de vapor
Cuando aumenta la caldera tarda en responder
•Controlar sólidos disueltos en el agua de alimentac
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La
corrosión
por
oxígeno
consiste en la reacción del
oxígeno disuelto en el agua con
los componentes metálicos de la
caldera (en contacto con el
agua),
provocando su disolución o
conversión en óxidos insolubles.
La prevención de la
corrosión por oxígeno se
consigue mediante una
adecuada
desgasificación del agua
de alimentación y la
mantención de un exceso
de
secuestrantes de oxígeno
en el agua de la caldera.
La corrosión cáustica se produce por una
sobreconcentración local en zonas de
elevadas cargas térmicas (fogón, cámara
trasera, etc.) de sales alcalinas como la
soda cáustica.
Puede ser prevenida manteniendo
la alcalinidad, OH libre y pH del
agua de la caldera dentro de los
límites recomendados.
Las incrustaciones corresponden a
depósitos de carbonatos y silicatos de
calcio y magnesio, formados debido
una excesiva concentración de estos
componentes en el agua de
alimentación y/o regímenes de purga
insuficientes
La acción de
dispersantes,
lavados químicos
o las dilataciones
y contracciones
de
una caldera
pueden soltar las
incrustaciones
El arrastre de condensado en
una caldera tiene relación con
el suministro de vapor
húmedo (con gotas de agua).
El suministro de vapor húmedo
puede tener relación
con deficiencias mecánicas y
químicas.
Químicas tienen relación
con el tratamiento de
agua de la caldera,
específicamente con
excesivos contenidos de
alcalinidad, sólidos totales
(disueltos y en
suspensión) y sílice, que
favorecen la formación de
espuma
Mecánicas tienen
relación con la
operación con elevados
niveles
de agua, deficiencias de
los separadores de
gota, sobrecargas
térmicas,
variaciones bruscas en
los consumos, etc.
 Alcalinidad total (CaCO3) <
700 ppm
 Contenido de sílice (SiO2) <
150 ppm
 Sólidos disueltos < 3500 ppm
EQUIPOS DE TRATAMIENTO
DE AGUA
En la figura se muestran ablandadores, bombas
dosificadoras y un desgasificador con su respectiva
estanque de almacenamiento de agua.
Ablandadores
La función de los ablandadores es eliminar los
iones de Ca y Mg, que conforman la dureza
del agua y favorecen la formación de
incrustaciones en una caldera. El principio de
funcionamiento de estos equipos se basa en
un proceso llamado “intercambio iónico”, que
consiste en la sustitución de estos iones por
sodio (Na) para obtener agua para ser utilizada
en calderas. Los ablandadores están
compuestos por resinas, que poseen una
capacidad de intercambio de iones de calcio y
magnesio por sodio.
Desgasificador
La función de un desgasificador en una planta
térmica es eliminar el oxígeno y dióxido de
carbono disuelto en el agua de alimentación de
las calderas para prevenir problemas de
corrosión. El principio de funcionamiento de los
desgasificadores se basa en el hecho que la
solubilidad de los gases disueltos en el agua (O2
y CO2) disminuye cuando el agua está en el
punto de ebullición (100 °C a presión
atmosférica),
Purgas Automáticas
Las purgas
automáticas
utilizadas
generalmente en
calderas son las
purgas automáticas
de fondo y las purgas
automáticas de
superficie.
La purga
automática de
fondo
(6)está compuesta
por una válvula con
un actuador y un
temporizador en el
que se programan
los ciclos de purgas
(cantidad y duración)
de fondo requeridas
por el tratamiento de
agua utilizado en la
caldera.
La purga de fondo
automática permite
realizar en forma
automática las tareas
de purga, que debe
efectuar el operador
en forma manual.
La purga automática de superficie (3)
está compuesta por un sensor de
conductividad, una válvula con actuador y
un controlador.
El sensor de conductividad mide la
conductividad del agua de la caldera
(sólidos disueltos) y
envía esta información al controlador.
El controlador compara esta medición con
el valor de conductividad máxima
programado, para luego abrir o cerrar la
válvula de purga según los resultados de
esta comparación.
La purga automática de superficie permite
mantener en forma automática los ciclos de
concentración requeridos por la caldera
Ciclos de Concentración
Los ciclos de concentración de las impurezas
presentes en el agua de una caldera determinan
los requerimientos de purga necesarios para
prevenir problemas de corrosión y/o
incrustaciones.
Las purgas son necesarias, ya que, al
producirse la evaporación del agua los sólidos
disueltos en el agua permanecen en la caldera,
pudiendo llegar a concentrarse por sobre su
solubilidad y precipitar formando incrustaciones.
Los ciclos de concentración de una caldera
quedan definidos por la siguiente
fórmula:
Cc
Nc = -----------Ca
Donde:
Nc : Ciclos de concentración.
Ca : Concentración impurezas en agua de
alimentación.
Cc : Concentración impureza en caldera.
Entre las impurezas para las que deben
determinarse los ciclos de concentración figuran
las siguientes:  Sólidos disueltos
 Sílice  Alcalinidad  Hierro
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ISO 9000: 2000