El Maquinante: CAU-UNIDAD 2: ESTUDIO GENERAL DE LOS DIVERSOS TIPOS DE CALDERAS.Parte 3

sábado, 11 de marzo de 2017

CAU-UNIDAD 2: ESTUDIO GENERAL DE LOS DIVERSOS TIPOS DE CALDERAS.Parte 3

CAU-UNIDAD 2: ESTUDIO GENERAL DE LOS DIVERSOS TIPOS DE CALDERAS
CALDERAS ACUOTUBULARES

Debido a que las calderas humotubulares tienen una serie de limitaciones, tales como:
-Baja producción y presión de vapor.
-Imposibilidad de alcanzar altas temperaturas de vapor sobrecalentado.
-Imposibilidad de colocar recalentadores.
-Excesivo peso por unidad de vapor generada.
-Tiempo excesivo requerido para alcanzar la máxima producción (desde frío)
-Imposibilidad de producir variación de carga rápida, debido a su gran volumen de agua.
Se diseñaron las calderas acuotubulares basadas en un domo de vapor como elemento superior, del que salen y al que llegan tubos y colectores que conforman el conjunto o cuerpo que contiene el volumen del agua a calentar.

En este tipo de calderas el agua o vapor circulan dentro de los tubos, colectores y domo, mientras que los gases de combustión lo hacen exteriormente a estos elementos.

Estas calderas que son construidas a partir de las 10 t/h de vapor, tienen las siguientes ventajas frente a las humotubulares:
-Sin límite de producción de vapor.
-Pueden alcanzarse grandes temperaturas de vapor sobrecalentado y recalentado.
-Bajo peso por unidad de vapor generado.
-Tiempos bajos para alcanzar la máxima potencia.
-Gran flexibilidad para responder a las variaciones de carga, debido a su relativa pequeña cantidad de agua.

-Absorción de calor grande, debido a su circulación controlada.

Circulación de Agua – Vapor en un Generador de vapor

El fenómeno de la circulación natural constituye uno de los elementos más complejos que el proyectista debe superar, valiéndose el mismo de soluciones obtenidas de las experiencias y pruebas de laboratorio.

Para cada caso en particular deberá estudiarse, por lo tanto, el fenómeno de circulación.

En los tubos ascendentes de un generador de vapor en funcionamiento, circula una emulsión de agua saturada – vapor que tiene un peso específico menor que el agua saturada que se desplaza por los tubos descendentes, ubicados estos en una zona más fría del hogar. Este desequilibrio dá origen a la circulación natural dentro del generador de vapor.

A medida que va aumentando la evaporación en los tubos hervidores que tapizan el hogar, la velocidad del fluído va aumentando hasta un punto máximo en el cual la velocidad es tan elevada que las pérdidas por rozamiento se hacen muy importantes. Pasado dicho punto, la circulación disminuye a pesar de que la capacidad del generador, crece.

Parámetros de Factores críticos para circulación en calderas

El agua de alimentación deberá ser introducida en el cuerpo cilíndrico en zonas donde no interfiera la circulación dentro de la caldera.

La mayoría de las calderas acuotubulares poseen un domo de vapor como elemento superior, del que salen y al que llegan tubos y colectores que conforman el conjunto o cuerpo que contiene el volumen del agua a calentar y en el cual se introduce el agua de alimentación.

El diseño de esa estructura o "jaula" tubular (por darle un nombre) es muy variado y permite, con parrillas y tabiques, conformar el hogar donde se quema el combustible y los pasajes de gases convectivos que direccionan el recorrido de la circulación interna de los gases de combustión antes de salir por la chimenea.
En la actualidad, las paredes de los tubos son del tipo tangente o membrana, lo que permite evitar el uso de refractarios en tabiques y colectores.
Su uso es más restringido que las humotubulares y salvo expresas condiciones de instalación, su segmento de aplicación está en los requerimientos de más de 10 a 20 tn de producción y presiones superiores a los 20/25 kg./cm² .
Son generalmente más costosas que los calderas humotubulares, pero tiene la ventaja de ser más seguras ante una rotura o pinchadura de un tubo, dado su escaso volumen de agua y practicamente, no tiene límite en cuanto a producción y presión de trabajo.

En estas calderas el agua está dentro de los tubos ubicados longitudinalmente en el interior y se emplean para aumentar la superficie de calefacción, los mismos están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja.

La llama se forma en un recinto de paredes tubulares que configuran la cámara de combustión. Soporta mayores presiones, pero es más cara, tiene problemas de suciedad en el lado del agua, y menor inercia térmica.

Las calderas acuotubulares son usadas en centrales eléctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor.

Características:

La Caldera de tubos de agua tiene la ventaja de poder trabajar a altas presiones.(como ejemplo el generador de vapor de la Central Térmica Puerto, Ciudad Autónoma de Buenos Aires
Tipo: Acuoutubular a circulación natural
Producción máxima contínua: 338 T/h
Presión de vapor a la salida del sobrecalentador: 134 kg/cm2
Temperatura de vapor sobrecalentado: 540 °C
Temperatura de vapor recalentado: 525 ºC
Combustibles: Fuel-oil / gas natural)

Por su fabricación de tubos de agua es una caldera inexplosible.

· La eficiencia térmica está por arriba de cualquier caldera de tubos de humo, ya que se fabrican de 3, 4 y 6 pasos dependiendo de la capacidad.

Clasificación de las calderas acuotubulares:
A. Según su peso por unidad de superficie de calefacción:
       a. Tipo pesado: están formadas por un conjunto de pequeñas secciones o elementos iguales, se llaman también calderas seccionales.
       b. Tipo liviano, llamadas “Express”

B. Según la inclinación de los tubos vaporizadores:
        a. Tubos semi-horizontales: son tubos rectos de diámetro entre 50 a 100 mm, ligeramente inclinados (10º a 20º).
        b. Tubos semi-verticales: de diámetro entre 25 a 50 mm rectos o curvados.

C. Según la circulación interna del agua:
        a. Calderas de circulación natural limitada
        b. Calderas de circulación natural libre
        c. Calderas de circulación natural acelerada
        d. Calderas de circulación forzada

En los tres primeros casos, la circulación interna del agua es natural, provocada por las corrientes de convección que se establecen por diferencia térmica, mientras que en el último, la circulación se consigue artificialmente, por medios externos.

a. En las calderas de circulación natural limitada, los tubos vaporizadores forman un serpentín con ligera inclinación ascendente con respecto a la horizontal y rodeando al horno. El agua entra a los tubos por su extremo inferior, donde se unen generalmente a un colector de pequeño diámetro; la circulación que se establece queda limitada a la imprescindible para reponer la cantidad vaporizada. El vapor que se forma en los tubos recorre distintas distancias hasta alcanzar el colector alto. Ejemplo: caldera Belleville.

b. Las calderas de circulación natural libre, tienen sus tubos vaporizadores ligeramente inclinados hacia la parte alta, y unidos, en el frente y parte posterior de la caldera, a colectores verticales o de pequeña inclinación, que desembocan en el colector de vapor. Los tubos reciben el agua de un colector bajo, elevándose a través de los colectores verticales y tubos, para descargar al colector alto, transformada en vapor. Ejemplo: calderas Bancock – Wilcox de tubos rectos, Niclausse, Dürr, Field, etc.

c. Las calderas de circulación natural acelerada, están constituidas por un sistema de tubos vaporizadores y de colectores horizontales, situados a distinta altura. Tienen generalmente dos o tres colectores bajos y uno superior de mayor diámetro, unidos entre si por tubos casi verticales o muy inclinados, rectos o curvos, que rodean la cámara de combustión. La circulación del agua es activa y regular, el agua de alimentación se envía al colector alto y la circulación se establece al descender hacia los bajos a través de los tubos de circulación o de caída, situados fuera del horno, o bien por las hileras de tubos más alejadas del fuego. Al calentarse, asciende libremente por las hileras de tubos más cercanos al horno, con lo que la circulación se hace más activa, descargando en forma de vapor al colector alto. Ejemplo: calderas Yarrow, Thornycroft, Babcock- Wilcox de tubos curvos, White-Forster, Normand, Forster-Wheeler, etc.

d. En las calderas de circulación forzada, el agua es obligada a circular por su interior debido a la acción de una bomba que la inyecta a presión. Con ello se consigue aumentar la velocidad de circulación y la transmisión de calor a través de la superficie de calefacción. En esta forma se obtienen vaporizaciones específicas elevadas y calderas de gran capacidad y rendimiento, con bajo peso y volumen con respecto a otros tipos. Ejemplo: calderas Velox, Loeffler, La Mont, Sulzer, Schmidt, etc.

D. Acuotubulares paquete: se denomina así, cuando toda la unidad (caldera, elementos del quemador, controles, instalación mecánica y eléctrica, etc.) funciona por la simple conexión de las tuberías de agua, eléctricas y vapor. Son construidas en fábrica listas para funcionar. Según el aspecto al corte transversal, tendremos los siguientes tipos:

Los tubos son acodados, forman pared de agua con tubos aleteados generando una zona de cierre impidiendo fugas de calor.
Todas las calderas en su exterior están revestidas con material aislante.

CALDERAS ACUOTUBULARES DE FLUJO DE LLAMA DESCENDENTE

Algunas calderas de este tipo están en servicio en buques de nuestra Armada y las estudiaremos en UNIDAD 4: Calderetas de unidades de la armada y sus sistemas de control automático de funcionamiento.