Unidad 2

Unidad 2: Parámetros Parámetros característicos de caldera-Ramón Velasques

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¿Qué interpretación promueve el esquema de la Caldera Acuotubular para la producción de vapor hasta 50Tn/h y porque la misma produce vapor sobresaturado seco?

CALDERA CALD ERA ACUOTUBUL ACUO TUBULAR  AR 

s aquella caldera en donde el a!ua vapor circula por el interior de los tubos y los !ases de escape e"ternamente# $ay dos dise%os b&sicos de calderas acuotubulares ' a# (e tubos rectos b# (e tubos curvos TIPOS DE CALDERAS ACUOTUBULARES.

a# ( T)*+ T)*+, , -C -CT+ T+,' ,' ,e construyen en dos variantes con tubos rectos verticales y con tubos rectos inclinados .por secciones con apro"imadamente51# 2ara el caso de tubos verticales3 estos est&n 4iados a dos c&maras3 una superior o de vapor y una in4erior o de 4an!os# n los de tubos rectos inclinados3 estos est&n e"pandidos en cabe6ales colectores verticales 4orados3 que en el punto m&s bao tienen un colector d e4an!os transversal# n la parte superior hay uno o dos domos# 2ara el caso de un domo éste puede estar en 4orma lon!itudinal o transversal al ee de la caldera 7a circulación en este tipo de caldera3 se inicia con el in!reso del a!ua de alimentación por la parte in4erior del domo o cuerpo cil8ndrico3 lue!o desciende por el interior de los colectores posteriores y sube por los tubos rectos inclinados3 en ellos comien6a a 4ormarse el vapor# 7a me6cla de a!ua9vapor asciende por los colectores 4rontales3 induciendo una circulación hacia el domo3 que es donde se produce la separación entre el vapor y el a!ua# l vapor saturado 4ormado sale por la v&lvula colectora que se encuentra en la parte superior del domo# 7os tubos !eneradores son de : ;<< ó =<< de di&metro e"terior #2ara los calderos de domo lon!itudinal3 la presión de servicio var8a de >0 a:5 psi! y la capacidad de !eneración va de 5000 a @0000 lbs/hr de vapor# 2ara los calderos de domo transversal la presión de servicio var8a de >0 a=50 psi! y la capacidad de !eneración va de 5000 lbs/hr a m&s# 7a unidad m&s !rande construida de este tipo3 tiene una capacidad de !eneración de55000 lbs/hr# * #( T)*+, C)-+,' l principal distintivo de estos calderos son el domo ó los domos interconectados con los cabe6ales colectores por medio de tubos curvos# 2or consi!uiente los haces de tubos que 4orman un ho!ar re4ri!erado conectado al sistema circulatorio de a!ua9vapor3 son parte inte!rante de la unidad !eneradora de vapor #A continuación pasaremos a revisar al!unos tipos cl&sicos de calderos acuotubulares de tubos curvos' b##TB2+ A' Tiene un domo superior lon!itudinal y dos domos in4eriores de menor di&metro3 la circulación de !ases de combustión es en dos pases3 en al!unos dise%os tienen adem&s tubos de paredes de a!ua# ,e suministran también con sobrecalentador# ,e 4abrican para

Unidad 2: Parámetros característicos de caldera-Ramón Velasques presiones de servicio de 50 psi!# a 000 psi!# y capacidades de!eneración de 000 lbs/$r hasta un m&"imo de 50000 lbs/hr# $ay empresas que tienen una l8nea m&s peque%a de calderas de =000 a:000 lbs/hr conpresiones de D0 a :50 psi!

Ei!ura# Caldera tipo FAG para!enerarvapor saturado# b## TB2+ $ ,TB-7BHI' Tiene tres domos transversales3 !eneralmente se instala en situ3 pero las unidades peque%as se arman en E&bricay se entre!an armadas# )sualmente se construyen para vapor saturado3 a pedido se suministran con sobrecalentador# 2resiones de dise%o'>0 a =50 psi!# Capacidades'0000 a 50000 lbs/hr# de vapor  Control' normalmente manual Temperatura de vapor' saturado apro"imadamente 51E $o!ar con re4ractario o con paredes tubulares re4ri!eradas para petróleo o carbón Combustibles' !as o petróleo3 carbón bituminoso3 ba!a6o ymadera#  Aplicaciones' n la !eneración de vapor para cale4acción3 procesos o 4uentes de ener!8a dentro de las capacidades y especi4icaciones indicadas# (onde la simplicidad y baa inversión inicial son importantes# (onde el uso de combustibles de bao costo no usti4ica el uso de economi6adores o precalentadores de aire# ,in embar!o ambos se pueden adaptar de ser necesarios# (onde se deseen métodos simples de instalación# Comentarios:

l tipo $ es esencialmente simple y económico3 es particularmente adaptable a servicios moderados y &rea no muy !randes# )s&ndolo con el ho!ar de re4ractario3 se pueden mantener una buena e4iciencia de combustión3 incluso a baos ran!os de consumo3 esto es particularmente importante para usos en cale4acción# 7os mamparos que se usan en este tipo de caldero son a cuadr8culas alternadas3 lo que crea un 4luo de !ases

Unidad 2: Parámetros característicos de caldera-Ramón Velasques tortuoso en el primer pase3 operando como distribuidor e incrementando la e4iciencia de la unidad3 sin una perdida apreciable de tiro# b#:#TB2+ ,TB-7BHI ( (+, (+J+,' Tiene dos domos transversales de dimensiones =G a G de di&metro para el superior y=G a 5=G de di&metro para el in4erior# 7a disposición de los domos usualmente es en l8nea vertical# Bnternamente los domos tienen ciclones separadores# 7a unidad se ensambla en el lu!ar y est& soportada usualmente por la parte superior# Ieneralmente se suministran con sobrecalentador# 7os tubos !eneradores son de G3  KG ó :G de di&metro y a veces son recalcados en los e"tremos con obeto de reducir el espesor requerido de la placa del tambor# Tubos de  KGL recalcados a GL en los e"tremos y espaciados a : D/>G entre centros con t8pica disposición# l horno con paredes de a!ua3 tiene tubos de G3  KG ó :GL espaciados i!ualmente3 usualmente se tocan e"ternamente #Cuando la ceni6a es abrasiva y para baas perdidas de tiro3 el 4luo de !as de adelante a atr&s se hace en un solo pase# 2ara petróleo o !as3 el uso de multipases es comMn# l ancho del horno var8a con incrementos de  pie.0#:05m 2resiones de dise%o'>0 a050 psi!.mayores a pedido Capacidades'0000 a000000 lbs/hrde vapor  Control' manual o autom&tica en varios !rados Temperatura de vapor' saturada y hasta 0001E $o!ar' a presión o a tiro3 con paredes en4riadas por tubos de a!ua Combustibles' carbón3 con todos los tipos de combustión3 horno ciclónico3 pulveri6ado3 con esparcidorN !as o petróleo3 también usando calor remanente de otras 4uentes#  Aplicaciones: n la !eneración de vapor para procesos3 !eneración de ener!8a eléctrica3 dentro de las especi4icaciones indicadas anteriormente# (onde la ceni6a sea particularmente abrasiva con esparcidores y carbón pulveri6ado# (onde las caracter8sticas del apunto de 4usión de las ceni6as requieran un horno re4ri!erado# (onde sea esencial la 4acilidad de poder cambiar de combustible3 por modi4icaciones 4uturas# Comentarios: l ran!o de producción de vapor de una caldera ,tirlin! de dos tambores es muy amplio# s particularmente adaptable a usar di4erentes tipos decombustible#Cuando se usa un esparcidor selle!a a capacidades de 50000lbs/hr de vapor3 con un solo pase de !ases evitando l a concentración de part8culas abrasivas y por consecuencia el deterioro de los tubos# Todos los tubos son accesibles desde los dos tambores para inspección y limpie6a# 7os tubos de a!ua en4riadores de las paredes laterales3 4rontal y posteriores del horno se espacian de acuerdo al requerimiento del combustible3 desde >G entre centros hasta que se tocan tan!encialmente# 2ara la combustión con carbón pulveri6ado usualmente se usan 4ondos en 4orma de chute# Cuando se usa el $orno Ciclónico con e"tracción liquida de escoria3 la altura es al!o menor que cuando se usa carbón pulveri6ado y e"tracción de ceni6a seca#

,e instalar&n economi6ador y precalentador de aire o ambos si la econom8a de combustible y el mayor rendimiento usti4ican la mayor inversión

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 # Colector superior# # Cabe6al anterior# :# Tubos vapori6adores# =# Tubos hervidores# 5# Cabe6al posterior# ># Tubos de retorno# # Tubos de pared lateral del horno# @# Tubos de pared posterior del horno# D# ,obre calentador# 0#(es9sobrecalentador# # Calentador de aire# # Quemador de petróleo# :# Colector de 4an!o# =# $orno# •

¿Qué interpretación promueve el esquema de la Caldera Acuotubular con ,obrecalentador y -ecalentador de vapor3 es lo mismo sobrecalentador que recalentador? SOBRECALENTAMIENTO: l

sobrecalentamiento consite en la trans4erencia de ener!8a adicional al vapor saturado para obtener vapor en condiciones de sobrecalentamiento a la entrada de la turbina# sto se consi!ue en un equipo espec84ico llamado sobrecalentador# l sobrecalentamiento al i!ual que el recalentamiento permite operar con presiones ventaosas en caldera y condensador3

Unidad 2: Parámetros característicos de caldera-Ramón Velasques resolviendo el problema de bao t8tulo de vapor# l sobrecalentamiento del a!ua en la caldera est& limitado por las temperaturas m&"imas que soportan los materiales sometidos a !randes es4uer6os mec&nicos como las tuber8as3 los &labes y los rodetes de las turbinas T*JAO 5501C# RECALENTAMIENTO: Con

el recalentamiento del a!ua se consi!ue una presión de caldera m&s alta sin que supon!a una reducción del t8tulo de vapor a la salida de la turbina# n ella el vapor no se e"pande directamente hasta la presión del condensador3 sino que lo hace en dos etapas# n la primera el vapor se e"pande hasta una presión que se estima en torno a un cuarto de la presión de sobrecalentamiento# 2osteriormente3 se vuelve a introducir en la caldera y se recalienta# (espués del recalentamiento se vuelve a e"pandir en la se!unda etapa de la turbina hasta la presión del condensador# A la primera etapa de la turbina se le denomina turbina de alta presión y a la se!unda etapa turbina de media y baa presión# 7a principal ventaa del recalentamiento3 con respecto al ciclo simple3 es el incremento del t8tulo de vapor e"pulsado de la turbina# Con sobrecalentamiento y recalentamiento3 el rendimiento es mayor que en el ciclo simple3 por lo que para una potencia espec84ica neta de salida3 el 4luo m&sico de vapor ser& menor y también la demanda de a!ua de re4ri!eración3 al disminuir el 4luo de calor cedido a esta# 7as presiones óptimas de e"tracción se reali6an entre /= y /0 de la presión de la caldera cuando el ciclo no incluye re!eneración# 2ara ciclos con re!eneración la presión óptima de recalentamiento var8a de /5 a /= de la presión de caldera# A la combinación de caldera3 sobrecalentador y recalentador se la conoce como !enerador  de vapor# •

¿Qué interpretación promueve el esquema de la Caldera Acuotubular de Circulación Eor6ada y que opinión puede 4ormularse respecto a su ma!nitud en relación al resto de las calderas?

Clasi4icación de acuerdo a la circulación del a!ua dentro de la caldera s una clasi4icación que tiene sentido en las calderas acuotubulares3 en las humotubulares la circulación del a!ua en el interior es siempre por convección natural# a Circulación natural#

Unidad 2: Parámetros característicos de caldera-Ramón Velasques 7a circulación del a!ua y de la me6cla a!ua9vapor ocurre naturalmente debido a la di4erencia de densidades entre el a!ua m&s 4r8a y la me6cla de a!ua9 vapor .e4ecto si4ón# Bmplica entonces tener un circuito cerrado por donde circula el a!ua y una di4erencia de altura apreciable entre las partes altas y baas del equipo# 7os !eneradores chicos3 los de potencia mediana y una buena parte de los !randes !eneradores de vapor son de circulación natural# b Circulación asistida#

n este caso la circulación natural en los tubos de la caldera es complementada por bombas instaladas en el circuito# n este caso también la caldera consiste en un circuito cerrado3 pero permite construcciones m&s compactas incluso con tubos inclinados# ,e utili6a en aquellos caso en que la di4erencia entre las densidades del 4lu8do 4r8o y del caliente no es demasiado !rande3 t8picamente para presiones superiores a los =09>0 bar# *rindan una respuesta m&s r&pida ante variaciones en la demanda de vapor que los de circulación natural3 pero las bombas trabaan con a!ua caliente y a altas presiones3 son mas costosas y requieren importantes mantenimientos# n !eneral se debe instalar un sistema de respaldo para evitar la parada de toda la caldera por salida de servicio de la bomba# c Circulación 4or6ada#

ste tipo de calderas tiene una concepción distinta3 se trata de un circuito abierto y no cerrado# 7a bomba impulsa el a!ua a través de una primer super4icie de intercambio donde se precalienta3 lue!o pasa a un se!undo intercambiador donde se vapori6a y lue!o3 en al!unos casos3 pasa a un tercer intercambiador donde se sobrecalienta#  A di4erencia de las anteriores no hay una masa de a!ua circulando sin vapori6arse3 la bomba entre!a toda el a!ua que se vapori6a# Ho hace 4alta resaltar la importancia de la bomba en este dise%o3 un paro de la bomba implica un paro de la caldera#

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¿Qué interpretación promueve el esquema de la Caldera de -ecuperación3 porque usara un quemador complementario?

Co!eneración con turbina de !as' en este sistema le ener!8a mec&nica se trans4orma mediante el alternador en ener!8a electrica# 7a mayor ventaa es que permite una r&pida recuperación del calor de los !ases de escape en una caldera de recuperación# 2ara aumentar la producción de vapor se a%ade un quemador# Con el 4in de adecuar la producción de vapor de la unidad a los requerimientos del proceso se instalara en el conductor de paso de !ases a caldera un quemador de postcombustión en conducto3 que permite elevar la temperatura de los !ases hasta un nivel adecuado# l quemador aprovecha el contenido en o"i!eno de los !ases de escape3 como comburente de la combustión#

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¿Qué interpretación promueve el esquema de la Caldera de -ecuperación en Centrales Térmicas de Ciclo Combinado?

Central de ciclo combinado

s una central en la que la ener!8a térmica del combustible es trans4ormada en electricidad mediante dos ciclos termodin&micos' el correspondiente a una turbina de !as .ciclo *rayton y el convencional de a!ua/turbina vapor .ciclo -anPine# 7a turbina de !as consta de un compresor de aire3una c&mara de combustión y la c&mara de e"pansión# l compresor comprime el aire a alta presión para me6clarlo posteriormente en la c&mara de combustión con el !as# n esta c&mara se produce la combustión del combustible en unas condiciones de temperatura y presión que permiten meorar el rendimiento del proceso3 con el menor impacto ambiental posible#  A continuación3 los !ases de combustión se conducen hasta la turbina de !as . para su e"pansión# 7a ener!8a se trans4orma3 a través de los &labes3 en ener!8a mec&nica de rotación que se transmite a su ee# 2arte de esta potencia es consumida en arrastrar el compresor .apro"imadamente los dos tercios y el resto mueve el !enerador eléctrico .=3 que est& acoplado a la turbina de !as para la producción de electricidad# l rendimiento de la turbina aumenta con la temperatura de entrada de los !ases3 que alcan6an unos #:00 1C3 y que salen de la Mltima etapa de e"pansión en la turbina a unos >00 1C# 2or tanto3 para aprovechar la ener!8a que todav8a tienen3 se conducen a la caldera de recuperación . para su utili6ación# 7a caldera de recuperación tiene los mismos componentes que una caldera convencional .precalentador3 economi6ador3 etc#3 y3 en ella3 los !ases de escape de la turbina de !as trans4ieren su ener!8a a un 4luido3 que en este caso es el a!ua3 que circula por el interior de los tubos para su trans4ormación en vapor de a!ua#  A partir de este momento se pasa a un ciclo convencional de vapor/a!ua# 2or

Unidad 2: Parámetros característicos de caldera-Ramón Velasques consi!uiente3 este vapor se e"pande en una turbina de vapor .@ que acciona3 a través de su ee3 el rotor de un !enerador eléctrico .D que3 a su ve63 trans4orma la ener!8a mec&nica rotatoria en electricidad de media tensión y alta intensidad#A 4in de disminuir las pérdidas de transporte3 al i!ual que ocurre con la electricidad producida en el !enerador de la turbina de !as3 se eleva su tensión en los trans4ormadores .53 para ser llevada a la red !eneral mediante las l8neas de transporte .># l vapor saliente de la turbina pasa al condensador .0 para su licuación mediante a!ua 4r8a que proviene de un r8o o del mar# l a!ua de re4ri!eración se devuelve posteriormente a su ori!en3 r8o o mar .ciclo abierto3 o se hace pasar a través de torres de re4ri!eración . para su en4riamiento3 en el caso de ser un sistema de ciclo cerrado# Conviene se%alar que el desarrollo actual de esta tecnolo!8a tiende a acoplar las turbinas de !as y de vapor al mismo ee3accionando as8 conuntamente el mismo !enerador eléctrico#