caldera pirotubular horizontal

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL EJERCITO SEDE LATACUNGA

FACULTAD DE INGENIERIA DE EJECUCION EN ELECTROMECANICA

TESIS PREVIA DE LA OBSERVACION DEL TITULO DE INGENIERO DE EJHECUCION EN ELECTROMECANICA

TEMA: DISEO Y CONSTRUCCION DE UNA CALDERA PIROTUBULAR HORIZONTAL DE TRES PASOS 50 BHP POR: FRANCISCO XAVIER CAJAMARCA CORRAL

LATACUNGA ECUADOR DICIEMBRE 2001

DEDICATORIA

Este trabajo es dedicado al esfuerzo de mis padres

CERTIFICACION

Certificamos que el presente trabajo fue realizado en su totalidad por el Sr. Francisco Xavier Corral, bajo nuestra direccin.

. ING. William Ramirez DIRECTOR

. Ing. Juan Castro. CODIRECTOR

PREFACIOEl presente proyecto pretende ofrecer una alternativa mas econmica a las industrias que utilizan el vapor dentro de sus procesos de produccin ,mediante la fabricacin local de una caldera.

Por tratarse de una mquina sometida a grandes presiones y a severas condiciones de trabajo, deber ser construida bajo estrictas normas de seguridad y deber estar equipada con elementos que garanticen un buen funcionamiento ,adems del bienestar del personal que trabaja alrededor de la misma.

Este proyecto comprende diseo y construccin de una caldera. Para el diseo se tomar en cuenta las recomendaciones ms importantes de los fabricantes internacionales de calderas.

Las ventajas que nos ofrece este proyecto son las siguientes: menor tiempo en la entrega de la mquina , un precio mas econmico, fcil mantenimiento y la mas importante que puede ser fabricada localmente.

I.- INTRODUCCION1.1.- ANTECEDENTESAl considerarse al vapor como la principal fuente de energa trmica y las mas econmica en la mayora de los procesos industriales a nivel mundial, estaramos hablando directamente de su mquina generadora conocida como Caldera. Debido al elevado costo de una maquina generadora de vapor importada ,este se convierte en un obstculo para las empresas nuevas que necesitan una caldera para sus procesos industriales, y que no estn en la capacidad econmica de realizar tal inversin. Bajo este concepto la empresa MICROEMPAQUES S.A. ha tomado la decisin de apoyar e invertir en este proyecto de diseo y construccin de una caldera que satisfaga las necesidades para la produccin de cartn corrugado.

1.2.- OBJETIVOS GENERALESDisear y construir una caldera que satisfaga con la demanda de vapor para la produccin de la compaa MICROEMPAQUES S.A. Reducir el costo de esta maquina generadora de vapor con relacin a una semejante pero importada.

Mantener todas las normas de seguridad y proteccin durante todo el proceso de construccin y de operacin una vez entregada la mquina.

1.3.- OBJETIVO ESPECIFICOEntregar la cantidad de vapor necesaria para la preparacin del cartn microcorrugado, y la preparacin de la goma que se usa en este proceso industrial en este caso particular 700 Kg. de vapor por hora a una presin mxima de 125 psi. estos parmetros fueron entregados por la compaa comercializadora de la maquinara y equipos en los Estados Unidos

1.4.- ALCANCE1.4.1.- PARTE TEORICA Se empieza con una visin general de los diferentes tipos de calderas, conceptuando a las calderas mas opcionadas para esta necesidad ,el procedimiento para el diseo trmico y los materiales utilizados en la fabricacin. Tambin se indican las propiedades ms importantes del combustible que se utilizara en este caso el diesel. 1.4.2. - DISEO Para la fabricacin de la caldera se tomarn en cuenta los siguientes aspectos: un prediseo trmico, un diseo trmico corregido para que cumpla con los parmetros de diseo establecidos, y un diseo mecnico analizando y comparando con parmetros establecidos por fabricantes internacionales de calderas. 1.4.3. - CONSTRUCCION Esta caldera ser construida en su totalidad en talleres ecuatorianos especializados en este tipo de trabajos ,bajo permanente supervisin durante todas las

etapas de fabricacin. 1.4.4.MANUAL DE MANTENIMIENTO

Estar incluido un manual de operacin en el que se indicar la manera general de manejar la caldera desde su encendido ,adems se entregarn los procedimientos para mantener a la caldera en perfectas condiciones de funcionamiento mediante un programa de mantenimiento.

II.- GENERALIDADES SOBRE LAS CALDERAS DE TUBOS DE FUEGO2.1.- CALDERAS PIROTUBULARESEstas calderas tambin son conocidas como " calderas de tubos de humo "o como" calderas pirotubulares" Su nombre se deriva del hecho que en las calderas de este tipo todo el trabajo o la mayor parte del mismo es realizado por transferencia de calor desde los productos de combustible caliente ,los cuales fluyen por el interior de los tubos, mientras que el agua se encuentra rodeando a dichos tubos. En estas calderas el agua y el vapor se encuentran contenidos en una carcaza o envolvente ,incluyendo los elementos para producir vapor. Aunque la forma ideal para resistir presiones internas es un esfera ,sin embargo por consideraciones practicas se ha optado por construirlas bsicamente en carcazas cilndricas. Secciones no cilndricas y ciertas superficies planas han sido aadidas con el fin de proporcionar resistencia a presiones internas por varios mtodos tales como :tirantes diagonales, pernos continuos, o tubos tirantes. Estas calderas presentan limitaciones en su resistencia estructural para altas presiones, pues en el caso contrario se tendran que disear calderas pirotubulares de dimetros muy grandes y espesores tambin excesivos, lo cual sera antieconmico comparado con la produccin de vapor que se generara. Tiene sin embargo ,la ventaja de su gran volumen de almacenamiento de agua, adems de su peculiaridad de

compensar los efectos de las grandes y repentinas fluctuaciones en la demanda de vapor. Debido a su gran volumen de agua ,el tiempo que necesita para alcanzar su presin de trabajo , partiendo de un arranque en fro, es considerablemente mayor que el requerido por una caldera acuotubular.

2.1.1.- CARACTERISTICAS Las calderas pirotubulares se usan principalmente para sistemas de calefaccin para la produccin de vapor requerido en los procesos industriales o como calderas porttiles. Se construyen en tamaos de hasta unos 6.800 Kg. (15.000 lb) de vapor por hora. La caldera de baja presin esta limitada a 1.05 Kg/cm2 (15 lb/plg2 )de presin de vapor, y la caldera de vapor para generacin de fuerza , puede operar a una presin de 17.6 Kg/cm2 ( 250 lb/plg2 ). La caldera pirotubular se usa generalmente en donde la demanda de vapor es relativamente reducida, comparada con la demanda de las grandes centrales termoelctricas. No se utiliza para el accionamiento de turbinas , porque no es convenientemente adaptable a la instalacin de supercalentadores. Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitada y depende del tipo de la caldera ; con el aumento de la demanda de vapor, la temperatura de los gases se eleva rpidamente.

El costo de una caldera pirotubular instalada, es relativamente bajo y considerablemente menor que la correspondiente caldera acuotubular de domo.

Y como ofrece condiciones favorables con respecto a sus costos de fabricacin , es perfectamente adaptable a la produccin estandarizada. El diseo de la caldera de tubos de humo se basa principalmente en el hogar y en los pasos de los gases a travs de los tubos. Se han desarrollado muchos dispositivos .Los tubos han sido colocados horizontalmente, inclinados y en posicin vertical, con uno o ms retornos. La caldera recibe la denominacin de caldera de tubos continuos o de tubos de retorno, de acuerdo con la direccin del flujo de los gases. Puede tener un hogar interno , o estar dotada de fogn externo. El hogar interno puede ser del tipo de tubo recto, localizado dentro del cuerpo cilndrico y rodeado por paredes de agua, o puede ser del tipo de caja , con el fogn rodeado de una superficie enfriada por agua, que recibe el nombre de paredes de agua, con excepcin de la parte de abajo (piso).

2.2.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS CALDERAS PIROTUBULARES Menor costo de fabricacin Se construyen en tamaos relativamente pequeos para su manejo e instalacin VENTAJAS

Son porttiles Fcil mantenimiento Almacenan gran volumen de agua Soportan fluctuaciones en la demanda de vapor

-

DESVENTAJAS

Presentan limitaciones para altas presiones Produccin de vapor relativamente reducida Espacio limitado para la instalacin de equipos auxiliares como supercalentadores.

2.3.- FORMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA CALDERALlevar el calor desde el hogar donde se quema el combustible, hasta el agua que se encuentra dentro de la caldera presenta el problema de la transferencia de calor. El calor puede transferirse de un punto a otro por tres mtodos distintos : radiacin , conveccin y conduccin. Las calderas estn diseadas de manera que utilicen perfectamente los tres mtodos. 2.3.1.- RADIACIN Es el fenmeno de transferir el calor en forma de ondas similares a las ondas de radio y de la luz. As como la luz estas ondas pasan libremente por el aire y otras materias transparentes sin efecto aparente en ellas .

Las llamas del combustible ardiendo dentro del hogar en todas direcciones, de este calor radiante un gran porcentaje pasa directamente de la llama a la superficie de calefaccin de la caldera, donde es absorbido. 2.3.2. - CONVECCIN La transferencia de calor por conveccin se debe al movimiento del fluido. El

fluido fro adyacente a superficies calientes recibe calor que luego transfiere al resto del fluido fro mezclndose con l. La conveccin libre o natural ocurre cuando el movimiento del fluido no se complementa por agitacin mecnica . Pero cuando el fluido se agita mecnicamente , el calor se transfiere por conveccin forzada.

2.3.3. - CONDUCCIN Se efecta cuando se transmite energa por contacto directo entre las molculas de 2 o ms cuerpos que se encuentran en buen contacto trmico entre s ; o sea que la

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