FIGMMGyC – Universidad Nacional Mayor de San Marcos

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Es común encontrar una clasificación según:

1. La circulación de fluidos dentro de los tubos de la caldera.

Tenemos:

1.1 Calderas Acuotubulares.

Dentro de los tubos de la caldera circula agua y la mezcla (agua y vapor). El intercambio de calor se realiza fuera de la caldera, generalmente en flujo cruzado.

El hogar (recinto donde se produce la combustión) está hecho por paredes de tubos de agua. El intercambio de calor es por radiación desde la llama.

El agua el que circula por el interior de tubos que conforman un circuito cerrado a través del calderín o calderines que constituye la superficie de intercambio de calor de la caldera.

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Con la finalidad de obtener un mayor rendimiento en la caldera, se las suele instalar sobrecalentadores, economizadores y precalentadores, que hacen que la temperatura de los
gases a su salida de la caldera, sea menor, aprovechando así mejor el calor sensible de dichos gases.

Para seleccionar las dimensiones del equipo para el diseño de planta, se hace basado en los ( Kg de vapor / h ) máximos del proceso más un factor de seguridad.

Acuotubular: Trabaja generando vapor sobrecalentado.

1.2 Calderas Humotubulares

También conocidas como pirotubulares, se denominan así porque los gases calientes que resultan de la combustión circulan por el interior de tubos cuyo exterior está bañado por el agua de la caldera.

El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisión de calor por radiación, y los gases resultantes circulan a través de los tubos que constituyen el haz tubular de la caldera, desde estos se transmite el calor por conducción y convección. Se tienen calderas de uno o más pasos, según el número de veces que los gases pasan a través del haz tubular.

Cuando existen varios pasos, los humos sólo atraviesan un determinado número de tubos, que se logra gracias a la cámara de humos. Cuando el intercambio de calor se ha logrado, los humos son expulsados al exterior a través de la chimenea.

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Partes:

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Funcionamiento de un generador de vapor.

Para seleccionar las dimensiones del equipo para el diseño de planta, se hace basado en los ( Kg de vapor / h ) máximos del proceso más un factor de seguridad.

Pirotubular: Trabaja con Vapor Saturado

2. La presión  de trabajo de la caldera.

2.1 Calderas de baja presión

Calderas que producen vapor a baja presión, hasta unos 4 o 5kg/cm2.
Este rango depresiones es común en las calderas de agua caliente que en las calderas que generan vapor.

2.2 Calderas de media presión

Producen vapor hasta aproximadamente 20 kg/cm2. Generalmente vapor saturado, utilizadas en la industria en general.

2.3 Calderas de alta presión

Asociadas a ciclos de potencia, trabajan con presiones desde 20kg/cm2 hasta presiones cercanas a la crítica.

2.4 Calderas supercríticas

Son calderas que trabajan con presiones superiores a la crítica: 226ºC hasta 375ƒºC . Utilizadas en grandes plantas de generación de energía eléctrica.

3. Producción de Calor.

3.1 Calderas chicas

Producen hasta 1 o 2 toneladas de vapor saturado por hora.

3.2 Calderas medianas

Producciones de hasta aproximadamente 20 toneladas de vapor por hora.
Las calderas chicas y medianas casi en su totalidad son calderas humotubulares de baja y media presión.

3.3 Calderas grandes

Calderas que producen desde 20 toneladas de vapor por hora, siendo normal encontrar producciones de 500 y 600 toneladas por hora. Generalmente vapor sobrecalentado, siendo calderas acuotubulares.

4. Combustible utilizado.

4.1 Calderas  de combustible líquido

Requieren de instalaciones de almacenaje y tanques de servicio, de elementos de precalentamiento del fuel (combustible) y de sistemas de bombeo y transporte .
La viscosidad de estos combustibles varía desde 30– 40cSt ( 100 ºC) en los fuels (combustibles) de baja viscosidad hasta 700 cSt ( 100 ºC) y más para combustibles de alta viscosidad, como los utilizados
en sistemas degeneración eléctrica.
En las plantas industriales en general se utilizan fuels de viscosidad del orden de 380 – 450 cSt ( 100 ºC) .

Es normal precalentarlos a 30– 40ºC para reducir su viscosidad y poder bombearlos hacia quemadores .
Para la atomización del combustible (en quemadores que no utilicen vapor para atomizar) se requiere una viscosidad de 25 a 30 cSt ( 100 ºC), y utilizando atomización con vapor se pueden manejar
viscosidades entre 55y 70cSt ( 100 ºC), por lo tanto es necesario precalentar el combustible a temperaturas desde 80a 130 ºC en el quemador.
En unidades grandes es común arrancar con un combustible de baja viscosidad y utilizar luego uno mas viscoso.

Los quemadores que utilizan combustibles líquidos se instalan generalmente horizontales. Hay algún tipo de quemadores de ángulo regulable para poder variar el intercambio por radiación en el hogar.
La turbulencia del aire que entra al quemador es importante para obtener una combustión eficiente y un largo de llama apropiado, manera que no dañe las paredes de refractario o las paredes de tubos de agua y al mismo tiempo asegure una combustión completa de todas las gotas de fuel. Es fundamental el dimensionamiento correcto del tamaño del hogar.

4.2 Calderas de combustible gaseoso

Utilizan gas natural o GLP, aire enriquecido con propano o gas obtenido en gasificadores . Generalmente los quemadores de gas trabajan con muy baja presión, es común que tengan sistemas de reducción de presión. En el caso de tener asociado un gasificador que suministre un gas muy particulado se utilizan cámaras torsionales a fin de aumentar el tiempo de permanencia del combustible en el hogar.
Es importante lograr una buena mezcla de aire – gas .

Con los combustibles gaseosos el riesgo de explosiones por acumulación de combustible no quemado es grande.

Es común utilizar quemadores duales, que permitan usar 2 combustibles, dependiendo de su disponibilidad y costo. La emisividad de las llamas de estos combustibles es diferente, por lo que el intercambio por radiación resultará distinto según el combustible utilizado, lo mismo ocurre con la temperatura delos humos a la salida del hogar y con las condiciones de intercambio en las zonas convectivas dela caldera. El fuel oil y el gas natural son delos combustibles mas fácilmente intercambiables.

4.3 Calderas de combustible sólido

Los combustibles sólidos utilizados son muy variados: leña en todos los tamaños (rolos, astillas, chips), deshechos de producción (pellets de madera, aserrín, bagazo de caña de azúcar,
cáscara de arroz), carbón( en distintos grados de pulverización), etc. Cada uno requerirá una tecnología apropiada para poder quemarlos eficientemente, desde molinos para pulverizarlos finamente hasta grillas muy sofisticadas. El diseño del hogar para estos combustibles es sumamente complejo, teniendo que considerar el ingreso de aire suficiente y su correcta mezcla con el combustible, la permanencia de las
partículas en el hogar para quemarse completamente y la disposición de las cenizas entre otros factores .

En general resultan hogares de mayor volumen que los utilizados en caleras de combustibles líquidos y gaseosos.
Los combustibles pulvurentos, finamente molidos se inyectan en el hogar mediante toberas. Hay algún tipo de combustible que se quema en un lecho fluidizado, regulado
mediante el ingreso de aire a distintas alturas del hogar. (Este sistema se utiliza también en las calderas de recuperación de la industria dela celulosa).
En el caso de combustibles no pulvurentos el diseño delas grillas que los sostienen durante la combustión es de fundamental importancia.

Además se suele clasificar, según el tipo de transferencia de calor, y el tipo de circulación de agua, sin embargo la inexactitud de la definición de estos conceptos, lo hacen no aplicables a la ingeniería.

Saludos, Guiño

Huberth Alcántara Rojas

Estudiante  de Ingeniería Metalúrgica en Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Estudiante de Ingeniería Civil en Universidad Privada del Norte

email: 352083@upn.pe

email: huberth.ar@espadi.net

Comentarios en: "Clasificación de Calderas–Generadores de Vapor" (1)

  1. Muy buen informe , me ha servido de mucho, gracias

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