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Generadores de vapor (calderas) Definición: Una caldera es un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua, mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica. El principio básico de funcionamiento de las calderas consiste en una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor.
Estructura: La es estr truct uctur uraa re real al de una cal calde dera ra de depen pende derá rá del ti tipo po,, no obs obsta tant nte, e, de fo form rmaa gen gener eral al podemos describir las siguientes partes: •
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Quemador: sirve para quemar el combustible. Hogar: alberga el quemador en su interior y en su interior se realiza la combustión del combustible utilizado y la generación de d e los gases calientes.
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Tubos de intercambio de calor: el fluo de calor desde los gases !asta el agua se efect"a a través de su superficie. #ambién en ella se generar las burbuas de vapor.
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Separador líuido!vapor: es necesario para separar las gotas de agua liquida con los gases a"n calientes, antes de alimentarla a la caldera.
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"#imenea: es la v$a de escape de los !umos y gases de combustión después de !aber cedido calor al fluido.
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"arcasa: contiene el !ogar y el sistema de tubos de intercambio de calor.
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"$"%& S$'%$$"*D& DE% +*&,
Un ciclo de vapor fósil simplificada aparece en la %igura a continuación. El agua se acumula en la parte inferior del condensador, llamado el pozo caliente. &asa a través de una bomba de alimentación para presurizar. El agua a presión pasa a través de uno o más calentadores de agua de alimentación, que elevan la temperatura. Entonces, el agua entra en la caldera donde el calor del combustible convierte en vapor. El vapor se e'pande a través del motor, por lo general una turbina, que e'trae trabao. En el medio de la turbina algo del vapor se e'trae para suministrar calor para el calentador de agua de alimentación. El resto se e'pande a través de la turbina y se condensa. El calor rec!azado se dea llevar por el refrigerante del condensador, que es generalmente agua, pero a veces aire. El vapor condensado a continuación, retornos para el pozo caliente para repetir el ciclo.
T$&S DE "*%DE,*S: "*%DE,*S DE T-.&S DE H-'& ($,&T-.-%*,ES):
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&ara un meor aprovec!amiento del calor de la combustión, los gases están obligados a circular por un !az de tubo de diámetro relativamente peque(o sumergidos en el agua. La fuente de calor está dentro de los tubos, los cuales atraviesan una carcasa, generalmente cil$ndrica que contiene agua que se !a de calentar o evaporar. La distribución de calor es más uniforme y su rendimiento es mayor.
"aracterísticas: &resiones !asta )*+ L&& eneración de vapor !asta )*+ /Lb0! 123 #on0!4 eneración de vapor saturado &eque(as dimensiones arcasa cil$ndrica
Las calderas de tubos de !umo pueden clasificarse en:
a/ "alderas #ori0ontales de tubos de #umo de #ogar e1terior/
b/
"alderas
#ori0ontales de tubos de #umo de #ogar interior/
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"*%DE,*S DE T-.&S DE *G-* (*"-&T-.-%*,ES): Están compuestas por tambores y tubos. Los tambores son utilizados para almacenar agua y vapor5 los tubos siempre son e'ternos a los tambores y sirven para interconectarlos.
"lasificación: *cuotubulares de tubos rectos *cuotubulares de tubos doblados!dos domos!multidomos "aracterísticas: &resiones !asta )*++ L&& eneración de vapor mayor a 6++ /lb0! 1 )62 #on0!4 eneración de vapor sobrecalentado randes dimensiones
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Generadores de +apor 2ucleares E'isten tres tipos de calentadores nucleares, los más comunes son los reactores de agua presurizada, con sistema de generación de vapor. En estos sistemas el reactor nuclear clienta el agua en un circuito de alta presión, normalmente )7.) a )8.9 -&a 19+*+ 9*++ psia4. El agua es recirculada a través de los tubos en el generador de vapor, en el lado descarga de los tubos el agua es llevada a vapor el cual va a los sistemas de turbinas. En los sistemas de gas de enfriamiento, el tercer tipo, el gas toma la misma función que en el reactor presurizado con agua, en un reactor de agua presurizada 1&;<4 y transfiere el calor al generador de vapor. Las condiciones t$picas de salida del vapor a las turbinas esta entre *.+ a 8.6 -pa, 189* a )+*= psia4 con temperaturas de saturación de 927 a 93=> 1*+8 **9>%4 y apro'imadamente un +,9*? de !umedad.
"%*S$$"*"$32 DE %&S GE2E,*D&,ES DE +*&, &, '*TE,$*%ES DE D$SE4&
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"alderas de fundición: por elementos: la transmisión de calor tiene lugar en el !ogar, área de intercambio peque(a y rendimientos bao5 tienen poca pérdida de carga en los !umos y por ello suelen ser de tiro natural.
"alderas de acero: combustibles líuidos o gaseosos: por lo que tienen una mayor superficie de contacto y su rendimiento es meor.
"alderas murales: de dise(o compacto y reducido, empleadas para instalaciones familiares de @A y calefacción actualmente se está incrementando su potencia y permiten asociamiento de varias Bncluyen, de manera compacta, todos los elementos requeridos en una central térmica. Casta 2+ D;, !oy en d$a se permite la asociación de varias en paralelo. Las !ay mi'tas: con bitérmico, o con intercambiador e'terior, algunas presentan microacumulación para el @..A.
calderas el5ctricas: limpias, compactas, sin !umo, pero altos costos de consumo de energ$a, emplean resistencias eléctricas para generar calor.
E% T$,& E2 %*S "*%DE,*S
El funcionamiento de una instalación generadora de vapor e'ige que circule a través de la misma los gases calientes producidos por la combustión y que simultáneamente llegue aire al !ogar y se descarguen los gases fr$os por la c!imenea. #iro es el fenómeno que produce el movimiento d e la masa gaseosa.
Tipos: atural. @rtificial: se clasifican en forzado, aspirado 1integral4, equilibrio.
T$,& 2*T-,*%
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-ovimiento debido a la diferencia de densidad entre el aire de entrada y los gases calientes de salida.
T$,& &,6*D& La circulación de los gases calientes es forzada por un dispositivo mecánico 1ventilador4 que introduce aire en el !ogar de la caldera.
T$,& *S$,*D&
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irculación de gases calientes debido a un dispositivo mecánico 1ventilador4 Bntegral. F 1eyector o tromba4 Bnducido que produce una depresión 1vac$o4 en el ducto que va !acia la c!imenea.
T$,& '$7T& La circulación de los gases calientes es debida a la combinación de tiro forzado e inducido.
E8ercicios resueltos de generadores de vapor (vapor)
). Un caldero produce 7*6* Dg0!r de vapor con una calidad de =+? y otro produce982).2 Dg0!r de vapor en 9*+ G. los dos calderos trabaan a 9 -pa y tienen un colector com"n que recibe la producción de ambos. Auponiendo que no e'iste perdidas de energ$a. a4 Heterminar el estado de vapor del colector.
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b4 #emperatura del vapor del colector.
Hesarrollo: Hatos:
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&arte 1a4:
.ibliografía
Cengel, Y.2012. termodinámica.editorial MC Graw Hill.Mexico. Valiente.2015. problemas de balance de materia energ!a en la
ind"stria alimentaria. #Y$%&, 201' ()&*+M&%- *% %/M-*&+MC+, -$)C-&+/- +& M+/C-.
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