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TIPOS DE CALDERAS, CARACTERISTICAS, DETALLES GENERALES

02-12-2012

Caldera de tubos de humos:

Una caldera de tubos de humos o pirotubular (tubos de fuego), la que más prevalece y se utiliza para aplicaciones de calentamiento de proceso e industriales y comerciales. Sus características son:

Las configuraciones de este tipo de caldera, están influidas por las necesidades de transferencia térmica. Las calderas pirotubulares tienen superficies planas que requieren arriostramientos consistentes en tirantes transversales o diagonales, por la placa plana tendría que tener un gran espesor para resistir la presión de trabajo impuesta.

 

TIPOS Y DISPOSICIÓN:

Las calderas pirotubulares se clasifican en tubulares horizontales (HRT) (de retorno horizontal), económicas o de tipo de caja de humos, de caja de fuego tipo locomotora, tipo marina escocesa, tubular vertical y caldera vertical sin tubos. La caldera horizontal (HRT) ahora representa solo alrededor del 5% de las calderas en servicio del total de las del tipo de tubos de humos que están operativas.

 

DETALLES GENERALES CONSTRUCTIVOS:

La caldera pirotubular tiene los finales de los tubos expuestos a los productos de la combustión y tiene otras superficies planas que requieren arriostramientos con acero estructural para evitar un espesor de chapa excesivo.

 

CARACTERÍSTICAS DE LOS TUBOS:

Los tubos en todas las calderas pirotubulares deben ser laminados y mandrilados (achanflanado) o laminados y soldados. Cuando los tubos son mandrilados o achanflanado en sus bordes extremos, es para evitar que los finales del tubo sean quemados por los gases calientes en esta zona. Si son laminados y soldados, en calderas de alta presión, tiene que estar bajo las normativas del código de ASME.

 

FIJACIONES:

El mandrilado también incrementa la transferencia de calor cerca de la chapa final del tubo y la unión de éste. Las pestañas o rebordes del extremo del tubo son achaflanadas en aproximadamente 1/16” (1.6mm) sobre el diámetro de los taladros de forma que no haya rasgaduras o cortes en el tubo cuando se expansiona.

CODIGO DE ASMEes el acrçonimo de American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos). Es una asociación profesional, que además ha generado un código de diseño, construcción, inspección y pruebas para equipos, entre otros, calderas y recipientes a presión. Este código tiene aceptación mundial y es usado en todo el mundo. Hasta el 2006, ASME tenía 120.000 miembros.

 

PROBLEMAS DE MANTENIMIENTO:

En calderas pirotubulares, existen problemas de la corrosión en el lado de fuego, cuando se utilizan combustibles con contenidos de azufre. La corrosión puede ocurrir cuando las temperaturas de la chapa o tubo caen por debajo del punto de rocío ácido. El apagado y encendido del quemador, requiere normalmente el barrido del hogar, y esto puede también producir gradientes térmicos en la caldera que pueden originar roturas por efectos de dilatación y contracción. Los diseños compactos tienden  a hacer menos accesibles a las superficies para la inspección y limpieza. Así las tasas de transferencia térmica pueden fácilmente producir recalentamiento, especialmente si la transferencia está forzada. Esto da como resultado pérdidas de tubos en las placas tubulares, roturas o grietas por las soldaduras en las uniones placa- tubo, grietas en las soldaduras en las zonas de alta densidad térmica, hogares con ampolla en la chapa de bajada del nivel de agua.

 

ESPESORES DE CHAPA:

El mínimo espesor de chapa que debe cumplir una caldera pirotubular de 60” de diámetro interior (152.4 mm) :

Según el Código. 3/8” para la virola (9.53 mm) y ½” (12.7 mm) para la chapa de tubos de humos.

 

(SM) CALDERA MARINA ESCOCESA:

La caldera de diseño Marina Escocesa de hogar interior, es del tipo pirotubular dominante para ambos tipos de procesos, industriales y de calefacción, hasta alrededor de 22.5 T/H de capacidad. Por encima de esta capacidad de producción generalmente se utilizan las calderas de tubos de agua.

Esta unidad mantiene una velocidad de los gases alta de manera continua. El número de tubos se reduce proporcionalmente para mantener la velocidad elevada de los gases y así mantener la producción lo más constante posible en función de la transferencia térmica.

 

características  de las calderas acuotubulares.

Las calderas acuotubulares o tubos de agua sus características son:

El agua circula por los tubos y su alrededor los gases calientes de la combustión, puede obtener mayor capacidad aumentando los el número de tubos, independientemente del diámetro del domo de vapor. El domo no está expuesto al calor radiante de la llama.

 

Como eran las antiguas calderas de tubo de agua.

Las calderas antiguas de tubo de agua, siguieron los diseños de algunas calderas de tubos de humo siendo de tubos rectos suspendidos sobre el hogar y con los tubos conectados en dos cabezales.

 

 

·Características de las calderas de tubos de agua curvados.

Las calderas de tubos de agua curvados,  son más flexibles que los rectos. Pueden construirse de distintos diseños, permiten que una mayor superficie de calefacción esté expuesta al calor radiante de llama. Los tubos se curvan por varias razones:

 Razones de transferencia térmica hacen imposible utilizar tubos rectos.

 El tubo curvado permite la libre dilatación y contracción del conjunto normalmente sobre el domo inferior de lodos, ya que el domo superior está separado por estructuras de acero.

 Los tubos curvos entran en el domo radialmente para permitir que muchos haces de tubos penetren en el calderín.

·         Esquema y explicación de caldera Stirling

 

La caldera Stirling, fue uno de los primeros tipos de calderas de tubos curvados de utilización común. Como se observa en la figura 3.3(a) desde el hogar  es donde se realiza la combustión y desde allí se trasladan los gases calientes recorriendo   los diferentes pasos o etapas de aprovechamiento de la energía por conducción, convección, radiación.

 

·         Explicar las características  de las calderas modernas de tubo curvado.

Las calderas modernas han crecido en tamaño para las aplicaciones industriales. La mayoría de las calderas de tubos de agua siguen los tres diseños mostrados en la figura. generalmente el de tipo D, montada en fábrica consta de dos calderines, las paredes del hogar están refrigeradas por agua en las partes frontal y trasera, y las paredes exteriores, suelo y techo están refrigeradas por tubos tangentes.

 

Como se observa en la figura es una caldera Acuotubular preparadas para quemar fuel-Oil, Gas, carbón pulverizado. Se observa su gran tamaño del hogar donde se realiza la combustión interna del equipo, allí los gases calientes encuentran a los tubos recalentadores de vapor, luego se dirigen al as convectivo, desembocan al calentador de aire, economizador, de allí al precipitador de partículas donde los gases finalizan su recorrido hacia la chimenea.

 

  

·         Breve descripción de calderas de centrales térmicas

Las calderas de centrales térmicas son de gran capacidad y se clasifican en:Presión subcrítica o supercrítica. Otra clasificación suele hacerse según se utilice circulación de agua natural o forzada. Estos equipos trabajan por encima de la presión crítica del diagrama agua – vapor en los 225 bar, y a una temperatura de trabajo por encima de la temperatura crítica del agua de 374,2ºC. En estas condiciones el agua y el vapor tienen la misma densidad por lo tanto no tienen calderín.

 

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En esta figura muestra la forma de la terminación de las paredes de tubos y su correspondiente aislación. En la misma de caracteriza por la refrigeración moderada, este diseño tiene los tubos espaciados entre ellos y la superficie de pared está formada por refractarios (ladrillos, piezas aislantes). El ladrillo refractario está protegido por varias capas aislantes y un fuerte (CASING) revestimiento exterior.

 

·      Los sobrecalentadores de una caldera.

Cada presión de vapor saturado tiene su temperatura correspondiente. El calor añadido al vapor seco a esta presión se la conoce como sobrecalentamiento y da como resultado una mayor temperatura que la indicada en la curva para la presión correspondiente.

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·   Parte interna de un domo o calderín

Se observa en la figura, un domo superior o calderín, donde cumple dos funciones esenciales: Separar el vapor del agua para suministrarlas al sistema de bajantes limpia y separada del vapor para la circulación segura y correcta, y separar la humedad del vapor para entregar vapor de alta calidad. Las partes o piezas internas cumplen estas funciones por medio de las dos etapas de separación.

·         ¿Por qué están mandrilados los tubos en una caldera de tubos de agua?

En la figura  se observa un típico procedimiento del mandrilado, según el CÓDIGO ASME.

La finalidad de los tubos mandrilados es para añadir mayor resistencia a los tubos laminados y evitar que tengan holguras y se salgan de los orificios donde se alojan al dilatarse y ensancharse debido al sobrecalentamiento causado por bajo nivel de agua u otras razones.

 

·         Cual es la diferencia entre las calderas de tubos de agua y las calderas de humo?

En calderas pirotubulares, los productos de la combustión pasan a través de los tubos y el agua los rodea. La inversa ocurre en el caso de las calderas de tubos de agua o acuotubulares.

 

·       Que es un economizador?

El economizador es un equipo auxiliar de la caldera, su objetivo es que el equipo eleve su eficiencia, está compuesta de una sección absorbente de calor de tubos de agua que precalienta el agua de alimentación para la caldera o generador de vapor, absorbiendo calor de la salida de gases al exterior.

 

·         Que puede suceder si se rompe un bafle? (El bafle es una pantalla que guía a los gases)

Los gases se cortocircuitan uno o más pasos de los gases resultando así temperaturas excesivas de los humos de combustión y por ello la pérdida de rendimiento y capacidad de producción de vapor.

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