ndice Objetivo....2

Introduccin..3

Marco terico...4 Antecedentes...4 Clasificacin de las calderas.5 Componentes de una caldera...6 Tratamiento del agua y dureza ...8 Modelos matemticos.9

Metodologa...11 Procedimiento11 Diagrama de flujo..13

Resultados.14

Bibliografa.15

PRACTICA #1CALDERAS Y TRATAMIENTOS DE AGUA

Objetivo general:Comprender el funcionamiento de las calderas as como las partes fundamentales de las mismas y como opera todo su sistema.Objetivos especficos:1. Realizar un diagrama de flujo del sistema de la caldera donde identifiquemos las entradas y salidas de flujo. 2. Conocer el funcionamiento de la caldera.3. Identificar sus partes y la estructura del sistema.

INTRODUCCINUna Caldera es un dispositivo utilizado para calentar agua o generar vapor a una presin superior a la atmosfrica. Las calderas se componen de un comportamientodondeseconsumeelcombustibleyotrodondeelaguase convierte en vapor.Es un elemento indispensable en la gran mayora de las Plantas Industriales Qumicas (adems de en otros sectores de la industria). Tienen una gran aplicacin en la industria ya que de ella dependen muchos productos como hospitales que las utilizan para esterilizar los instrumentos mdicos, tambin en las petroleras para calentar los petrleos pesados para mejorar su fluidez, en alimentos, lavanderas, textiles etc.Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como: Esterilizacin (tindarizacin): era comn encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental; tambin en loscomedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar loscubiertos, as como para elaborar alimentos en marmitas (antes se crey que esta era una tcnica de esterilizacin). Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en laindustria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentarpetrleos pesadosy mejorar su fluidez. Generarelectricidada travs de unciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de lascentrales termoelctricas.

MARCO TERICOUna caldera o generador de vapor es una mquina trmica que produce vapor a una presin mayor que la atmosfrica. A la mquina le entra una energa (airecombustible) la cual se transfiere a una sustancia de trabajo (frecuentemente agua) efectundose el proceso de evaporacin, cuyo mecanismo de transferencia de calor depende del tipo de Caldera.Antecedentes CuandoJames Wattobserv que se podra utilizar el vapor como una fuerza econmica que remplazara la fuerza animal y manual, se empez a desarrollar la fabricacin de calderas, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias.Las primeras calderas tuvieron el inconveniente de que los gases calientes estaban en contacto solamente con su base, y en consecuencia se desaprovechaba el calor del combustible. Debido a esto, posteriormente se les introdujeron tubos para aumentar la superficie de calefaccin. Si por el interior de los tubos circulan gases o fuego, se les clasifican en calderas pirotubulares (tubos de humo) y calderas acuotubulares (tubos de agua). Hasta principios del siglo XIX se us la caldera para teir ropas, producir vapor para la limpieza, etc., hasta que Dionisio Papin cre una pequea caldera llamadamarmitaen 1769. Se us vapor para mover la primera mquina homnima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo, ya que utilizaba vapor hmedo (de baja temperatura) y al calentarse, sta dejaba de producir trabajo til. Luego de otras experiencias, James Watt complet en 1776 una mquina de vapor de funcionamiento continuo, que us en su propia fbrica, ya que era un industrial ingls muy conocido.Una caldera es un dispositivo que est diseado para generar vapor saturado. Este vapor saturado se genera a travs de una transferencia de energa (en forma de calor) en la cual el fluido, originalmente enestadolquido, se calienta y cambia de estado. La transferencia de calor se efecta mediante unprocesode combustin que ocurre en elinteriorde la caldera, elevando progresivamente su presin y temperatura. La presin, como se indic al inicio, no puede aumentar de manera desmesurada, ya que debe permanecer constante por lo que se controla mediante el escape de gases de combustin, y la salida del vapor formado.Debido a que la presin del vapor generado dentro de las calderas es muy grande, estas estn construidas conmetalesaltamente resistentes a presiones altas, como elacerolaminado.Las calderas de vapor, constan bsicamente de 2 partes principales: Cmara de agua: Es el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera, el nivel de agua se fija en su fabricacin, de tal manera que sobrepase en unos 15 cm por lo menos a los tubos conductos de humo superiores. Segn la razn que existe entre la capacidad de la cmara de agua y la superficie de calefaccin, se distinguen calderas de gran volumen, mediano y pequeo volumen de agua. Cmara de vapor: Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, el cual debe ser separado del agua en suspensin. Cuanto ms variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cmara, de manera que aumente tambin la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor.Clasificacin de las calderas. Segn tipo de combustible. El calentamiento de la caldera es producido por la inflamacin de un elemento combustible dentro de lacmara de combustin u hogar de la caldera. Los combustibles comnmente utilizados en las calderasmodernas son sustancias lquidas o gaseosas derivados del petrleo (queroseno, disel, gasolina, gas,etc.); sin embargo, son tambin comunes las calderas de carbn. La cmara de combustin de la caldera ylas paredes de las mismas estn diseadas para aprovechar al mximo la energa en forma de calor que selibera cuando se inflama el combustible. Slidos Naturales De origen vegetal (biomasa-residuos slidos) De origen fsil Elaborados (ejemplo: Carbn, coque). Lquidos Gaseosos.

Segn disposicin de los fluidos Acuotubulares: Son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por el interior de tubos durante su calentamiento y los gases de combustin circulan por el exterior de los mismos. Son de aplicacin cuando se requiere una presin de trabajo por encima de los 22 bares. Las exigencias de la calidad del agua de alimentacin a estas calderas suele ser superior al requerido para otro tipo de calderas Piro tubulares: Son aquellas calderas en las que los gases de la combustin circulan por el interior de los tubos y el lquido se encuentra en un recipiente atravesado por dichos tubos. Son de aplicacin principalmente cuando la presin de trabajo es inferior a los 22 bares.Permiten adaptarse mejor a las variaciones de la instalacin que las calderas acuotubulares. Las exigencias de la calidad del agua de alimentacin son menores a las requeridas por las calderas acuotubulares.

Segn tecnologa Agua caliente: Temperatura de servicio inferior a 100C Agua sobrecalentada: Temperatura de servicio superior a 110C De fluido trmico Cada vez ms se estn buscando alternativas a los combustibles fsiles y, estn contemplando a la biomasa como una alternativa econmica y tecnolgicamente avanzada para ser introducida en sus procesos industriales. Las calderas de fluido trmico son aquellas en las que el fluido calor portador es distinto al agua. Este tipo de calderas pueden ser nicamente acuotubulares. De vapor Recuperacin Para produccin de agua caliente Para produccin de vaporComponentes de una calderaAunque las hay muy diversas, una caldera se compone generalmente de los elementos que se en listan a continuacin: Precalentador: Su objetivo es aprovechar parcialmente la energa trmica de los gases de escape para calentar el air a utilizar como oxidantes antes de la combustin. Aunque no todas las calderas lo equipan, su incorporacin mejora los rendimientos de la instalacin. Depsitos: En ellos se almacena el fluido a calentar. Puede haberlo de dos tipos: el depsito principal y el de expansin. El primero se utiliza para almacenamiento y el segundo para absorber las dilataciones trmicas. Este ltimo es por tanto imprescindible si el fluido a calentar es lquido y circula en circuito cerrado, como es el caso de las calderas de aceite trmico. El principal suele ir en la parte inferior, mientras que el de expansin suele ir elevado. Quemador u hogar: Necesarios para la combustin. Cuerpo tubular: Est constituido por los conductos por los que circula el fluido a calentar que rodean el espacio donde circulan los gases calientes de la combustin. Envolvente aislante: Rodeando el cuerpo tubular, se coloca una carcasa aislante, con el fin de limitar las prdidas del entorno. Los materiales son aceros especiales. Intercambiador: Aunque el uso de la energa trmica ya no es cometido de la caldera, sino de otras partes de la instalacin, a veces las propias calderas incorporan intercambiadores destinados a un uso prximo i directo de dicha energa. Tiro: Salida de los gases de combustin en direccin a la chimenea. Puede ser natural o forzado. Agua de alimentacin: Es el agua de entrada que ingresa al sistema, generalmente constituye agua de pozo o agua de red. Esta agua se almacena en una cmara la cual se disea de manera que el nivel del agua sobrepase a los tubos o conductos que contienen los gases de combustin. Esto se hace con el objetivo de que los gases de combustin transfieran parte de su energa al agua de alimentacin, y as se acelere su conversin en vapor. Agua de condensado: Es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor. Vapor seco: Vapor de ptimas condiciones. Se almacena en una cmara, separado del agua en suspensin que an no ha sufrido evaporacin. Vapor hmedo: Vapor con arrastre de espuma proveniente del agua de alcalinidad elevada. Condensador: Sistema que permite condensar el vapor formado por el sistema. Desaireador: Es el sistema que expulsa los gases de combustin a la atmsfera. Purga de fondo: Evacuacin de lodos y concentrado en el fondo de la caldera, por ejemplo: residuos slidos provenientes de agua "dura". Purga de superficie: Evacuacin de slidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.

PROCESO DE TRATAMIENTO DEL AGUA El desarrollo de la sociedad reclama cada vez ms agua, pero no solo a veces escasea el agua sino que su calidad en los puntos donde se encuentra y capta, desgraciadamente se ha ido deteriorando da a da con el propio desarrollo, esto obliga a un tratamiento cada vez amplio y complejo tcnicamente. La eliminacin de materias en suspensin y en disolucin que deterioran las caractersticas fsico- qumicas y organolpticas as como la eliminacin de de bacterias y otros microorganismos que pueden alterar gravemente nuestra salud son los objetivos perseguidos y conseguidos en la estaciones de tratamiento a lo largo de todo un proceso que al final logra suministrar un agua transparente y de una calidad sanitaria garantizada. El tratamiento del agua es el proceso de naturaleza fsico-qumica y biolgica, mediante el cual se eliminan una serie de sustancias y microorganismos que implican riesgo para el consumo o le comunican un aspecto o cualidad organolptica indeseable y la transforma en un agua apta para consumir. Todo sistema de abastecimiento de aguas que no este provisto de medios de potabilizacin, no merece el calificativo sanitario de abastecimiento de aguas. En la potabilizacin del agua se debe recurrir a mtodos adecuados a la calidad del agua origen a tratar. Estacin de Tratamiento de Agua Potable (ETAP) es la instalacin donde se lleva a cabo el conjunto de procesos de tratamiento de potabilizacin situados antes de la red de distribucin y/o depsito, que contenga ms unidades de tratamiento.PARAMETROS DE LA CALIDAD DEL AGUASABOR Y OLOREl sabor y olor del agua son determinaciones organolpticas de determinacin subjetiva, para las cuales no existen instrumentos de observacin, ni registro, ni unidades de medida. El color es la capacidad de absorber ciertas radiaciones del espectro visible. TURBIDEZLa turbidez es la dificultad del agua para transmitir la luz debido a materiales insolubles en suspensin, coloidales o muy finos, que se presentan principalmente en aguas superficiales. CONDUCTIVIDAD Y RESISTIVIDADLa conductividad elctrica es la medida de la capacidad del agua para conducir la electricidad. Es indicativa de la materia ionizable total presente en el agua. PARAMETROS QUIMICOS pHEl pH es una medida de la concentracin de iones hidrgeno, y se define como pH=log(1/[H+]). Es una medida de la naturaleza cida o alcalina de la solucin acuosa que puede afectar a los usos especficos del agua. DUREZA La dureza, debida a la presencia de sales disueltas de calcio y magnesio, mide la capacidad de un agua para producir incrustaciones.ALCALINIDADLa alcalinidad es una medida de la capacidad para neutralizar cidos. Contribuyen a la alcalinidad principalmente los iones bicarbonato, CO3H-, carbonato, CO3=, y oxhidrilo, OH-, pero tambin los fosfatos y cido silcico u otros cidos de carcter dbil. COLOIDES Es una medida del material en suspensin en el agua que, por su medida alrededor de los 10-4/ 10-5 mm, se comporta como una solucin verdadera y, por ejemplo, atraviesa el papel de filtro. CLORUROS El ion cloruro, CI-, forma sales en general muy solubles. Suele ir asociado al in Na+, especialmente en aguas muy salinas. SULFATOSEl in sulfato, SO4=, corresponde a sales de moderadamente solubles a muy solubles. Las aguas dulces contienen de 2 a 150 ppm, y el agua de mar cerca de 3000 ppm. NITRATOSEl in nitrato, NO3-, forma sales muy solubles y bastante estables, aunque en medio reductor puede pasar a nitrito, nitrgeno, o amonaco. FOSFATOSEl in fosfato, PO4=, en general forma sales muy poco solubles y precipita fcilmente como fosfato clcico. Al corresponder a un cido dbil, contribuye a la alcalinidad de las aguas. FLUORUROSEl in fluoruro, F-, corresponde a sales de solubilidad en general muy limitada. No suele hallarse en proporciones superiores a 1 ppm.

Modelos matemticos Clculo de eficiencia de calderas

Dnde:= Eficiencia de la caldera (%)= Rango de agua de alimentacin Kg/h= Rango de Blown down de la caldera kg/h= Entalpa especfica de agua saturada KJ/Kg= Calor latente del vapor KJ/Kg= Entalpa especfica del agua de alimentacin KJ/Kg= Consumo de combustible Kg/h= Valor calorfico del combustible KJ/Kg

Factor de carga de la caldera

Dnde:= Factor de carga de la caldera (%)= Rango de agua de alimentacin Kg/h= Rango de Blown down de la caldera kg/h= Rango de flujo mximo de agua de alimentacin Kg/h

Factor de vaporizacin de calderaEste factor corresponde a la cantidad de calor que debe ser absorbido por un kilogramo de agua lquida alimentada a 100C para convertirse en un kilogramo de vapor de agua a 100C. Factor Vaporizacin = Entalpa vapor a 100 C Entalpa agua lquida a 100 Cg Eficiencia de calderaCorresponde al porcentaje o razn de la cantidad de vapor producido en una caldera a partir de la cantidad de calor administrado por el combustible quemado. La eficiencia de una caldera, es la relacin entre la energa absorbida para la evaporacin o generacin de vapor (Q salida) y la suma de energas introducidas al proceso (Q entrada). Q salida / Q entrada = EficienciaEl diferencial entre ambos, es la energa perdida del proceso (calor expulsado a la atmsfera).Q entrada - Q salida = Prdida

METODOLOGA

ProcedimientoEncendido y arranque de caldera 1. Verificar que exista suficiente combustible para realizar las prcticas. El nivel promedio recomendado es de 50 galones de combustible.1. El agua de alimentacin debe ser tratada qumicamente. Para ello, deben abrirse las vlvulas que alimentan al suavizador, y se debe cerrar la vlvula de bypass del mismo.1. Una vez que el agua de alimentacin ha empezado a circular por el suavizador, se arranca el interruptor que alimenta elctricamente a la caldera.1. Ya con corriente elctrica circulante, se conecta el interruptor de operacin automtica. Este sistema de operacin permite que el cerebro electrnico de la caldera realice todas las operaciones necesarias para la proteccin del equipo.1. Previo al arranque definitivo del equipo, se debe abrir la vlvula de purga de aire. La finalidad de esta vlvula es eliminar la mayor cantidad de aire que pudiese estar dentro de la caldera, a fin de optimizar la cantidad de vapor generada. NOTA: CUANDO LA CALDERA YA ESTA OPERANDO, ESTA VALVULA DEBE CERRARSE AL MOMENTO EN QUE EMPIEZA A SALIR VAPOR POR ELLA.1. Ahora debe revisarse el nivel de agua. Abrir la llave de alimentacin de agua a la caldera, aproximadamente a la mitad del contenido inicial. Figura No.1 Prototipo del medidor del nivel de agua utilizado en la caldera analizada1. A partir de este momento, la operacin de la caldera ser controlada automticamente por el cerebro electrnico de la mismaPara apagar la caldera, se deben seguir los siguientes pasos:1. Apagar el interruptor principal (debe esperarse a que la caldera no est en proceso de combustin).1. Abrir la llave de purga de las lneas de vapor, y esperar hasta que todo el vapor haya sido eliminado de las mismas.1. Cerrar la llave principal de vapor de la caldera.1. Poner el interruptor de operacin en "Manual".1. Cerrar los interruptores del tablero elctrico principal.

DIAGRAMA DE FLUJO: CALDERA Y TRATAMIENTO DE AGUA

RESULTADOSConclusin. Se realizo el diagrama de flujo de la caldera y del sistema de tratamiento de aguas. Se identificaron los componentes de la caldera, as como las entradas y salidas de flujo. Conocimos el funcionamiento de la caldera y cimentamos las bases para las prximas practicas, las cuales podrn ser:1) Determinar la presin absoluta en la caldera y en el calormetro.2) Calcular las propiedades termodinmicas en el calormetro.3) Obtener la calidad de vapor en la caldera.4) Calcular las propiedades termodinmicas del vapor de agua en la caldera.5) Determinar las propiedades termodinmicas del vapor de agua en el calormetro y en la caldera por medio del diagrama T-s. La caldera es un equipo en el cual debe estar en constante anlisis para que su funcionamiento sea el optimo y evitar que sufra afectaciones por la dureza que el agua pueda contener, por eso la alimentacin pasa por el tratamiento de aguaSugerencias. No exagere con la temperatura, el exceso de calefaccin consume combustible innecesariamente. Nunca obstruya las ventilaciones ni los conductos de evacuacin de los productos de la combustin. En caso de que la presin aumente en la caldera, utilizar la vlvula de seguridad. El monxido de carbono provoca todos los aos accidentes fatales que, en la mayora de los casos, podran ser evitados. Mantenga limpios y regulados los artefactos: con ello aumenta la seguridad, reduce los consumos de combustibles y mejora el rendimiento. Debern ser controlados permanentemente los siguientes elementos: Chequear y observar el funcionamiento de las bombas de alimentacin de agua Revisar el funcionamiento de quemadores, y estar atentos a cualquier anomala Observar presin indicada en los manmetros, teniendo presente que en ningn momento debe sobrepasar la presin mxima de trabajo. Chequear la temperatura de los gases de combustin, as como tambin la temperatura del agua de alimentacin. Estar atento a cualquier ruido u olor extrao a los normales.Medidas de seguridad. Uso de sealamientos. Uso de equipo de proteccin personal. Los depsitos de combustible para el abastecimiento de los generadores de vapor o calderas deben cumplir las condiciones de seguridad de acuerdo a las NOM-002-STPS-1993, NOM-005-STPS-1993 y NOM-022-STPS-1993. La presin de operacin de los equipos no debe exceder a la presin de calibracin de las vlvulas de seguridad sealada en la autorizacin de los mismos El generador de vapor o caldera, independientemente de que opere en forma manual o automtica, debe estar vigilado permanentemente durante el tiempo que est en operacin

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