Sistemas de Generacion de Energia

INGENIERÍA MECÁNICA TEMA: UNIDAD l: CENTRALES TÉRMICAS DE VAPOR Y GENERADORES DE VAPOR MATERIA: SISTEMAS DE GENERACION DE ENERGIA

CATEDRÁTICO: PIMENTEL GARAY JOSE LUIS PRESENTA: JAIME SÁNCHEZ CHRISTIAN FECHA: 24 DE FEBRERO DEL 2014.

1.1. ANTOLOGÍA, DEFINICIÓN Y FUNCIÓN DE LAS CENTRALES TÉRMICAS DE VAPOR. CENTRALES TERMICAS Una central térmica transforma la energía calorífica de un combustible (gas, carbón, fuel) en energía eléctrica. También se pueden considerar centrales térmicas aquellas que funcionan con energía nuclear. Todas las centrales térmicas siguen un ciclo de producción de vapor destinado al accionamiento de las turbinas que mueven el rotor del alternador. Fases 1. Se calienta el agua líquida que ha sido bombeada hasta un serpentín de calentamiento (sistema de tuberías). El calentamiento de agua se produce gracias a una caldera que obtiene energía de la combustión del combustible (carbón pulverizado, fuel o gas). 2. El agua líquida pasa a transformarse en vapor; este vapor es húmedo y poco energético. 3. Se sobrecalienta el vapor que se vuelve seco, hasta altas temperaturas y presiones. 4. El vapor sobrecalentado pasa por un sistema de conducción y se libera hasta una turbina, provocando su movimiento a gran velocidad, es decir, generamos energía mecánica. 5. La turbina está acoplada a un alternador solidariamente que, finalmente, produce la energía eléctrica. 6. En esta etapa final, el vapor se enfría, se condensa y regresa al estado líquido. La instalación donde se produce la condensación se llama condensador. El agua líquida forma parte de un circuito cerrado y volverá otra vez a la caldera, previo calentamiento. La corriente eléctrica se genera a unos 20.000 voltios de tensión y se pasa a los transformadores para elevar la tensión hasta unos 400.000 voltios, para su traslado hasta los puntos de consumo.

NOTA: Si la central térmica es de carbón, éste se almacena a medida que llega de la mina y se traslada por medio de una cinta transportadora hasta la tolva, de donde se pasa a un molino en el que se tritura hasta quedar convertido en polvo fino que arde más fácilmente. A continuación se mezcla con aire precalentado y se introduce en la caldera. Si el combustible empleado es fuel, éste se almacena en depósitos a medida que llega de la refinería y tras ser calentado, se conduce desde ellos a la caldera. Si la central térmica es de gas, éste pasa de los tanques de almacenamiento a la caldera, experimentando también un calentamiento previo.

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1.2. CLASIFICACIÓN, DESCRIPCIÓN, FUNCIÓN E INSTALACIÓN DE LAS PRINCIPALES PARTES DEL GENERADOR DE VAPOR. ♣CONCEPTUALIZACIÓN Un generador de vapor se define como una combinación compleja de economizador, caldera, sobrecalentador, recalentador, precalentadores de aire, y equipos auxiliares tales como: alimentador de horno, pulverizadores, quemadores, ventiladores, equipos de control de emisiones, chimenea, equipo de manejo de cenizas, etc. Entonces, una CALDERA es un componente del GENERADOR DE VAPOR donde el líquido es convertido a vapor saturado. El término “CALDERA” es usado como significado de “GENERADOR DE VAPOR”, sin embargo un generador de vapor se clasifica por diferentes vías, por ejemplo: Utility steam generators, son aquellos usados en el servicio de la generación de potencia eléctrica y existen como: - Subcríticos, los cuales operan entre 130 bar a 190bar de presión, alcanzan hasta 550°C con una o dos etapas de recalentadores y poseen una capacidad de 1 a 10 millones Lbm/hora de vapor. - Supercríticos, que pueden operar por arriba de 3208.2 psia, usualmente con una presión de 3500psia (240bar). Industrial steam generators, son aquellos que se utilizan en la industria pequeña de generación eléctrica, establecimientos institucionales, industriales, comerciales y en muchos usos más como en la Industria Alimentaria (conserveras, embotelladoras, precocinados, aceites, mataderos, licoreras y alcoholeras, cerveceras, lácteos, bodegas, etc.), construcción (prefabricados de hormigón, cerámicas,etc.), industria del caucho, valorización de residuos y reciclaje, plásticos, lavanderías, farmacéutica, química, papel y cartón, industria del metal, etc. Estos generadores de vapor pueden alcanzar presiones hasta de 1500Psig y una capacidad de 1 millón Lbm/hora de vapor. ♣CLASIFICACIÓN DE LOS GENERADORES DE VAPOR (G.V) Los G.V pueden clasificarse basándose en algunas de las características siguientes: uso, presión, materiales de que están construidas, contenido, forma y posición de los tubos, sistema del fogón, clase de combustible, fluido utilizado, sistema de circulación, posición y tipo del hogar, forma general, etc. Si nos referimos a la clasificación de acuerdo al tipo de diseño, encontraremos dos grandes tipos de G.V: a) G.V de tubos de humo (Piro tubulares) b) G.V de tubos de agua (Acuotubulares) A) GENERADORES DE VAPOR PIROTUBULARES O DE TUBOS DE HUMO Se caracterizan porque la llama de la combustión se forma dentro de cada hogar cilíndrico de la caldera, pasando los humos generados por el interior de los tubos de INGENIERIA MECANICA

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los pasos siguientes (normalmente dos), para ser conducidos a la chimenea de evacuación. De ello, su otro nombre de calderas de tubos de humo. En estas calderas, tanto los hogares, como los tubos de humo están en el interior de la virola, completamente rodeados de agua. Para generar vapor, se regula el nivel medio del agua en su interior, de forma que varíe dentro de una banda prevista, sirviendo su cámara superior de separador del vapor generado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida.

♣CARACTERÍSTICAS GENERALES: - Se construyen en tamaños de hasta 18000lbm/hora de vapor. - El Calor circula por dentro de los tubos y el fluido frío, agua, por fuera de ellos. El calor es transferido por medio de los humos o gas de la combustión. - Los tubos van sumergidos en el agua - La caldera de baja presión está limitada a 15psig de presión de vapor. - La caldera de vapor para generar fuerza puede operar a una presión de 300Psig y una capacidad de 50000Lbm/hora de vapor de agua. - El diseño de una caldera tubos de humo se basa principalmente en el hogar y en los pasos de los gases a través de los tubos. - Usan como fluido termodinámico el agua y el aceite térmico. - Las calderas pueden ser de tubos continuos o de tubos de retorno de acuerdo con la dirección del flujo de gases. - Pueden tener un hogar interno o estar dotadas de un fogón externo. - Su operación con la nueva tecnología les permite operar automáticamente. - El espacio comprendido arriba del nivel agua es llamado cámara de vapor. - La caldera puede ser de uno, dos y ocasionalmente hasta de cuatro retornos. INGENIERIA MECANICA

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♣VENTAJAS: - Almacenan gran cantidad de agua. - Producen gran cantidad de vapor. - Permiten efectos de fluctuaciones en la demanda de vapor. - Su costo instalada es relativamente bajo y considerablemente menor que la correspondiente caldera acuotubular de domo. - Son perfectamente adaptables a la producción estandarizada. - Son eficientes de 79% a 85%. - La caldera escocesa es económica en su costo inicial, ocupa un mínimo de material refractario y su instalación es sencilla. - Fáciles de transportar - Necesitan relativamente poca área para su instalación. - Las calderas escocesas pueden ser operadas bien con aguas contaminadas. ♣DESVENTAJAS: - Su arranque en frío es demasiado lento para alcanzar la presión de trabajo. - Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitado y depende del tipo de caldera. - Con el aumento de la demanda de vapor, la temperatura de los gases se eleva rápidamente. - No se utilizan para el accionamiento de turbinas. - El tamaño de la caja del hogar no puede ser ampliado. - Su operación se torna crítica al operar con sobrecarga de más del 40%. - Su mantenimiento interior es dificultoso. - No son empleados para altas presiones (operan de 0-300 PSIG). b) GENERADORES DE VAPOR ACUATUBULARES O DE TUBOS DE AGUA Debido a los grandes inconvenientes de los Generadores de Vapor Pirotubulares se construyen este otro tipo de generadores. Los generadores acuotubulares se caracterizan porque la llama de los quemadores se forma dentro de un recinto formado por paredes tubulares en todo su entorno, que configuran la llamada cámara de combustión (hogar), pasando los humos generados por el interior de los pasos siguientes, cuyos sucesivos recintos están también formados por paredes tubulares en su mayoría. La cualidad que diferencía a estos G.V es, que todos los tubos que integran su cuerpo están llenos de agua o, al menos, llenos de mezcla agua-vapor en los tubos hervidores, en los que se transforma parte de agua en vapor cuando generan vapor como fluido final de consumo.

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GENERADOR ACUATUBULAR

En los G.V acuotubulares la circulación del agua por su interior es forzada por medio de las bombas de circulación. En las calderas de generación de vapor se regula el nivel medio de agua en el calderín superior, de forma que varíe dentro de una banda prevista, sirviendo la cámara superior de separador del vapor generado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida. ♣CARACTERÍSTICAS GENERALES: - EL fluido, agua, circula por el interior de los tubos y por el exterior los gases producto de la combustión. - Los tubos que manejan agua y vapor, o tubos descendentes son de acero al carbono. - Estas calderas por lo general son de construcción vertical. - Estas calderas requieren de agua de alimentación con un tratamiento químico exhaustivo. - Estas calderas pueden ser de circulación natural o forzada. - Las de circulación forzada supercríticas no utilizan bomba de recirculación, y operan con presiones de diseños cercanas o por encima del punto crítico. - Utilizan calentadores de aire que es el último dispositivo en recuperar calor de la caldera y se localiza en la chimenea. - Utilizan precipitadores a la salida de los humo. - Algunas son de tiro inducido, tiro forzado y de tiro equilibrado o balanceado.

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♣VENTAJAS: - Son de horno propio interior ubicado lejos de la zona de evaporación - Son de gran volumen y altura - Admiten gran cantidad de aire en su hogar - La combustión se puede controlar - Son de alto rendimiento y producción de alta presión, apta para generación de energía eléctrica. - Menor tiempo para levantar presión. - Entre más alta es la caldera más se aprovecha la energía calórica de los gases de combustión - Mayor flexibilidad para variaciones de consumo, debido a la pequeña cantidad de agua que contienen - Puede quemar combustible líquido, gaseoso, sólido y biomásico. - Producen un vapor seco por lo que en el sistema de transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento. ♣DESVENTAJAS - Es de difícil realizar mantenimiento por lo incomodo el acceso a la zona de convección. - Mantenimiento más costoso. - El coeficiente de evaporación está estrechamente limitado por la circulación interna. - Para su instalación requieren de una extensa área de terreno. ♣COMPONENTES PRINCIPALES DE UN GENERADOR DE VAPOR♣ A continuación se definirán los componentes más importantes que pueden ser encontrados en un generador de vapor. ♣Domo o Hervidor Este componente es también llamado Caldera, es un recipiente metálico diseñado con las condiciones de presión a las que debe trabajar el generador de vapor. La función básica del domo es la de separar el vapor de la mezcla vapor-agua y mantener el vapor seco. En las unidades que no tienen economizador, es en el domo donde se dispone el agua previamente tratada y desde ahí se distribuye por todos los tubos del circuito bien sea por medio de flujo natural o por flujo forzado. En las unidades con economizador, el agua es precalentada en el economizador antes de ser llevado al domo. Aquellas unidades denominadas “de un solo paso” carecen de domo. ♣Hogar Un hogar es una cámara donde se efectúa la combustión. La cámara confina los productos de la combustión y debe resistir las altas temperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan.

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Sus dimensiones y geometría se adaptan a la velocidad de liberación de calor, al tipo de combustible y al método de combustión, de tal manera que se haga lo posible por tener una combustión completa y se proporcione un medio apropiado para eliminar las cenizas. Los hogares enfriados por agua, se utilizan en la mayor parte de las unidades de caldera y para todos los tipos de combustibles y métodos de combustión. El enfriamiento por agua de las paredes del hogar reduce la transferencia de calor hacia los elementos estructurales y como consecuencia puede limitarse su temperatura a la que satisfará los requisitos de resistencia mecánica y resistencia a la corrosión. Las construcciones de tubos enfriados por agua, facilitan el logro de grandes dimensiones del hogar, y óptimas de techos, tolvas, arcos y montajes de los quemadores, así como el uso de pantallas tubulares, planchas o paredes divisorias para aumentar la superficie absorbente del calor en la zona de combustión. También reducen las pérdidas del calor al exterior. Las superficies absorbentes de calor en el hogar, lo reciben de los productos de combustión y en consecuencia contribuyen directamente a la generación de vapor, bajando al mismo tiempo la temperatura de los gases que salen del mismo. Los principales mecanismos de transferencia de calor se efectúan de forma simultánea, estos mecanismos incluyen la radiación entre sólidos, que proviene del lecho de combustible, o de las partículas de combustible, la radiación no luminosa de los productos de la combustión, la transferencia de calor por convección de los gases del hogar, y la conducción de calor a través de los materiales metálicos de los depósitos y tubos. La eficacia de la absorción de la superficie del hogar es influida por los depósitos de cenizas o de escoria. Las temperaturas del gas de salida del hogar, varían considerablemente cuando se quema carbón, debido al efecto de aislamiento de los depósitos de ceniza y escoria sobre las superficies de absorción de calor. La cantidad de superficie es el factor más importante en la absorción global de calor en el hogar y por tanto el calor liberado y disponible para absorción por hora y por pie cuadrado de área absorbente efectiva es una base satisfactoria para establecer una correlación. El calor liberado y disponible para la absorción es la suma del contenido calorífico del combustible quemado, y el calor sensible del aire de combustión, menos la suma del calor no disponible debido a la parte del combustible que no se consumió y el calor latente del vapor formado por la humedad en el combustible y la combustión del hidrógeno. Las paredes del hogar deben estar soportadas de forma adecuada tomando en cuenta la expansión térmica con montantes de refuerzos para resistir las fuerzas laterales causadas por la diferencia entre la presión del hogar y la de la atmósfera que lo rodea. La cubierta del hogar debe evitar la infiltración del aire, cuando se opera con succión y debe evitar la fuga de gas, cuando se opera a presiones más altas que la atmosférica.

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♣SOBRECALENTADOR Y RECALENTADOR La adición de calor al vapor después de la evaporación o el cambio de estado, viene por un aumento en la temperatura y la entalpía del fluido. El calor se agrega al vapor en componentes de la caldera llamados sobrecalentadores y recalentadores, los cuales se componen de elementos tubulares expuestos a los productos gaseosos a alta temperatura de la combustión. Las ventajas del sobrecalentamiento y recalentamiento en la generación de potencia son resultado de la ganancia termodinámica en el Ciclo de Ranking y de la reducción de las pérdidas de calor debidas a la humedad en las etapas de baja de presión en la turbina. Con presiones y temperaturas altas del vapor se dispone de más energía útil, pero los avances hacia temperaturas altas del vapor a menudo son restringidos por la resistencia mecánica y la oxidación del acero y de las aleaciones ferrosas con los que se cuenta en la actualidad y son económicamente prácticos para su uso en la parte a presión de las calderas y en las construcciones de alabes de las turbinas. El término “sobrecalentado” se aplica al vapor de más alta presión y el de “recalentado” se refiere al vapor de presión más baja que ha liberado parte de su energía durante la expansión en la turbina de alta presión. Con presión de vapor inicial alta pueden emplearse una o más etapas de recalentamientos con el fin de mejorar la eficiencia térmica. Se clasifican en dos grandes grupos: Radiantes o de Convección. ·Sobrecalentadores Radiantes: Por lo general se disponen para expansión directa a los gases del hogar y, en algunos diseños, forman parte de la cubierta de éste. En otros diseños, la superficie se dispone en forma de espiras tubulares o planchas, con amplio espaciamiento lateral extendiéndose hacia el hogar. Esta superficie se expone a los gases a alta temperatura del hogar que se mueve a velocidades relativamente bajas, así que la transferencia de calor se hace por radiación. ·Sobrecalentadores de Convección: Se instalan más allá de la salida del hogar, donde la temperatura del gas son más bajas que las de las zonas en las que se usan los sobrecalentadores de tipo radiante. Por lo común, los tubos se disponen en la forma de elementos paralelos, con poco espaciamiento lateral y en bancos de tubos que se extienden parcial o completamente a través de la corriente de gas, con el gas fluyendo a través de los espacios relativamente angostos entre los tubos. Se obtienen gastos elevados de gas y en consecuencia velocidades altas de transferencia de calor por convección a expensas de la caída de presión de gas a través del banco de tubos. ♣SPRAY ATEMPERADOR Los atemperadores, también conocidos como desobrecalentadores, son boquillas atomizadoras en los tubos de la caldera entre los sobrecalentadores. Estas boquillas atomizadoras suministran una fina niebla de agua pura en el camino del flujo del vapor para prevenir el daño del tubo por sobrecalentamiento. Los

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Atemperadores son provistos tanto para los sobrecalentadores como para los recalentadores. ♣ECONOMIZADOR Los economizadores eliminan el calor de los gases de combustión con temperaturas moderadamente bajas, después de que salen de las secciones de generación de vapor y del sobrecalentamiento y/o recalentamiento. Los economizadores son en realidad calentadores de agua de alimentación que las reciben de las bombas de alimentación y la descargan a una temperatura más alta al generador de vapor. Los economizadores se usan en lugar de incrementar la superficie generadora de vapor, ya que el agua de alimentación y en consecuencia la superficie que recibe calor están a temperatura más bajas que las del vapor saturado, por tanto los gases pueden enfriarse hasta temperaturas aún más bajas para lograr mayor recuperación de calor y mejorar la economía. Se clasifican como de los tipos de tubos horizontales y verticales, de acuerdo con la disposición geométrica; de flujo longitudinal o cruzado según la dirección del gas con respecto a los tubos; de flujos en paralelo o de contra-flujo, según la dirección relativa del flujo de gas y de agua; como generadores o no generadores de vapor, según el rendimiento térmico; como de tubos continuos o como tubos en U, según los detalles de diseño; y como de tubos desnudos o con superficies extendidas, según el tipo de superficie absorbente del calor. ♣PRECALENTADORES DE AIRE Los precalentadores de aire al igual que los economizadores extraen calor de los gases de combustión con temperaturas relativamente bajas. La temperatura del aire de entrada es menor que la del agua que entra al economizador y por tanto es posible reducir aún más la temperatura de los productos gaseosos de la combustión, antes de que se descarguen en las chimeneas. El calor que se recupera de los gases de la combustión se recicla al hogar junto con el aire de combustión y cuando se agrega a la energía térmica liberada por el combustible, se convierte en energía disponible para la absorción en la unidad generadora de vapor, con una ganancia en la eficiencia térmica global. El uso de aire precalentado para la combustión acelera la ignición y fomenta una combustión rápida y completa del combustible. LOS CALENTADORES DE AIRE SE CLASIFICAN EN GENERAL COMO: RECUPERATIVOS O GENERATIVOS. En ambos se usa la transferencia por convección del calor, de la corriente del gas a un metal o una superficie sólida y la transferencia por convección de esta superficie al aire. Recuperativos: En éstos, las partes metálicas estacionarias forman una frontera de separación entre los fluidos, el que se calienta y el que se enfría, y el calor pasa por conducción a través de la pared metálica.

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Regenerativos: Hay dos tipos básicos, en el primer tipo, los elementos de transferencia de calor se mueven alternadamente a través de las corrientes de gas y aire que pasan por ciclos sucesivos de calentamiento y enfriamiento, y reciben la transferencia de calor por la capacidad de almacenamiento térmico de los elementos. En el otro tipo de precalentador regenerativo, tiene elementos estacionarios y el flujo alterno del gas y del aire se controla al hacer girar las conexiones de entrada y salida. COMPONENTES PRINCIPALES DEL GENERADOR DE VAPOR:

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♣MANTENIMIENTO GENERADORES DE VAPOR La atención y el adecuado mantenimiento de todos y cada uno de los componentes de la instalación, tendrán como consecuencias una vida más larga, un funcionamiento deseado y unos gastos de explotación óptimos.Pero la consecuencia más importante de un buen mantenimiento es que es la clave para un FUNCIONAMIENTO CORRECTO. Por esto es fundamental llevar un libro de registro en el que se anoten los datos operacionales de la instalación y que recoja las anomalías, sus correcciones, las reparaciones. ♣EL PERSONAL Es imprescindible que se designe un responsable de la instalación. Este responsable así como los operarios que manipulen la instalación deben estar adecuadamente formados, tienen que tener un conocimiento que les permita hacer funcionar la instalación de forma segura, para entender el funcionamiento y la función de cada componente y para darse cuenta de la Interrelación entre los diversos componentes de la instalación. EL PERSONAL RESPONSABLE DEL SERVICIO DE CALDERAS, DEBE ATENDER LAS SIGUIENTES INSTRUCCIONES: - Justificar su conocimiento de las prescripciones reglamentarias. - La instalación de la caldera debe conservarse limpia, estar bien iluminada y libre de cualquier objeto que no pertenezca a la misma. - Cualquier anomalía en el funcionamiento deberá ser localizada y reparada de forma inmediata. Si el alcance de la avería no fuese realmente importante, se procederá a su reparación en la primera parada de la instalación. - Independientemente de las pruebas periódicas establecidas por la Superioridad, se deberán realizar reconocimientos periódicos de la instalación de caldera y equipos auxiliares, recomendándose que un mínimo de dos reconocimientos sean efectuados por personal técnico ajeno a la conducción del generador. - Las herramientas, accesorios y cualquier utensilio que sea necesario para el servicio, deberán estar ordenados y colocados en lugares fácilmente accesibles. - Se establecerá un stock de piezas de repuesto que se consideren imprescindibles para un servicio continuo de la instalación Los operarios deberán poseer conocimientos sobre: - Compresores: su funcionamiento: el punto de ajuste, la función del presostato de alta, de baja y de aceite. Las funciones de los termostatos y de cualquier otro control de seguridad que se halla instalado en la caldera. - Válvulas automáticas de control: tienen que saber cómo funcionan que regulan como se ajustan.

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- Válvulas de cierre manuales, eléctricas o neumáticas: donde están situadas y en que situaciones hay que usarlas. - Válvulas de seguridad: donde están situadas, que parte del sistema protege cada una y que debe hacerse si la válvula llega a actuar. - Controles eléctricos: seleccionadores fusibles, relés, temporizadores. Deben saber la finalidad de cada uno y lo que protege cada uno. - Cambios de presión y temperatura: cuales son las temperaturas y presiones normales de funcionamiento. Las causas y los efectos de los cambios de presión o temperatura y que hacer para restablecer las condiciones normales de trabajo. ♣PRUEBAS PRUEBA HIDROSTÁTICA. PRUEBA DE PRESIÓN [Normas UNE 9-105-92] Definición: La primera prueba de presión de un aparato a presión es la que permite verificar su estanquidad y su resistencia a las deformaciones: La presión de Prueba Pp, viene dada por la expresión: Pp = 1.5 Pd Donde Pd es la presión de trabajo en las peores condiciones de trabajo. Preparación de la prueba: 1. Limpiar en interior de la caldera y que esté libre de obstáculos. 2. Verificar que todas las zonas del cuerpo resistente a inspeccionar son accesibles y carecen de cualquier otro recubrimiento 3. El manómetro debe comprender como mínimo en su escala hasta 2.5 Pp. 4. Debe haber un precalentamiento del agua, no se aconseja agua a baja temperatura. Realización de la prueba · PROCESO DE PRESURIZACIÓN. TIEMPO Se procede al llenado de agua de las partes a presión hasta alcanzar la presión de prueba y se cierra en ese momento el dispositivo de alimentación (cuidando que no existan bolsas de aire, la aportación de agua para pasar de Pd a Pp debe ser de pequeño caudal). Durante un tiempo de 20 min. Se comprueba que el manómetro permanece inalterable, y se realizan las mediciones y se inicia la inspección visual. · MEDICIONES E INSPECCIÓN DURANTE LA PRUEBA: Se deben realizar a la presión de prueba. Seguidamente se procede a la inspección visual principalmente en las uniones vigilando que no haya fugas. Luego se procede a un vaciado de la caldera hasta un rango de amplitud [Pd, 0.8 Pp]. · MEDICIONES DESPUÉS DE LA PRUEBA Deben realizarse en los mismo puntos en que se efectuaron durante la prueba, con el fin de determinar si se han producido deformaciones permanentes. · INFORME: Presión de prueba, Gráfico Tiempo / presión , temperatura del líquido de prueba, Manómetros utilizados, Resultado de las mediciones, Resultado de la inspección

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visual, Nombre y cargo de la persona que se ocupa, Lugar de realización, Fecha de realización. PRUEBAS HIDROSTÁTICAS DE REDES DE TUBERÍAS: Todas las redes que porten fluidos se deberán probar antes de ser tapadas por aislantes, albañilería, material de relleno, etc. Se realizará una prueba de estanqueidad hidrostática, siguiendo las siguientes indicaciones: - Taponar extremos de los conductos en el montaje, antes de conectar los terminales, con el fin de evitar la entrada de suciedad y de materiales extraños. - Dejar las conducciones y equipos a una presión 1,5 veces mayor a la de trabajo, no siendo menor de 6 bares, en frío. - Realizar pruebas de circulación de agua, limpieza, filtros, estanqueidad en temperatura de régimen y medir presiones. - Efectuar el tarado de órganos de seguridad. Se deberán limpiar debidamente y como marca el reglamento antes de realizar la pruebas. Utilizar agua con detergente y recircular por las bombas (2h) hasta obtener un PH menor de 7.5 (para instalaciones cerradas con temperatura del agua menos a 100º) y después vaciar. - Limpiar también bombas, accesorios, filtros. Pruebas de redes de conductos [UNE 100104] Los conductos de chapa se probarán de acuerdo con las pruebas requieren el taponamiento de los extremos de la red, antes de que estén instaladas las unidades terminales. Los elementos de taponamiento deben instalarse en el curso del montaje, de tal manera que sirvan, al mismo tiempo, para evitar la entrada en la red de materiales extraños. Complementado el montaje de las redes de distribución de aire y antes de conectar los terminales se pondrán en marcha los ventiladores hasta que se observe limpio. Posteriormente se procederá a comprobar la ejecución, limpieza t acabado de las instalaciones. También se hará equipos eléctricos, calderas, climatizadores, anotando condiciones de funcionamiento. PRUEBAS DE LIBRE DILATACIÓN: Una vez que las pruebas anteriores hayan sido satisfactorias y se hayan comprobado hidrostáticamente los elementos de seguridad, las instalaciones equipadas con calderas se llevarán hasta la temperatura de tarado de los elementos de seguridad, habiendo anulado previamente la actuación de los aparatos de regulación automática. Las instalaciones equipadas con calderas se someterán a dicha prueba, una vez realizadas las anteriores con resultados satisfactorios. Dicha prueba consistirá en subir la temperatura hasta alcanzar la de tarado de los elementos. Posteriormente. Durante el enfriamiento de la instalación y al finalizar el mismo, se comprobará visualmente que no han tenido lugar deformaciones apreciables en ningún elemento o tramo de tubería y que el sistema de expansión ha funcionado correctamente. INGENIERIA MECANICA

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PRIMERA PUESTA EN MARCHA Puesta en marcha después de un amplio periodo de parada. Antes de poner en servicio el generador, deberá revisarse el estado de las válvulas de seguridad, niveles, manómetro y demás controles y equipos auxiliares que el mismo incorpore, comprobándose su estado. - Comprobar que las válvulas de cierre del circuito de combustible están abiertas. - Comprobar que las válvulas de cierre del circuito de agua de alimentación están abiertas. - Si comenzamos con el generador desde presión cero, abrir la válvula de aireación. - Observar el agua en los niveles, si ésta falta, debe ponerse la bomba en marcha automáticamente al accionar los interruptores general y de bomba de alimentación. - Colocar el interruptor general en posición ON (En Marcha) - Accionar el pulsador de rearme o desbloqueo. - Colocar el interruptor del quemador en posición conectado. - Cerrar la válvula de aireación cuando salga un flujo continuo de vapor por la misma. COMPROBACIONES MARCHA EN RÉGIMEN Se comprobará el funcionamiento de reguladores de nivel, a diversas cargas de generador, así como su comportamiento en las variaciones bruscas de la carga, aún cuando estas variaciones es conveniente que se produzcan suavemente. Todos los días y aprovechando los momentos de reducida demanda de vapor de fábrica, se comprobará el correcto funcionamiento de los controles de presión, nivel, fallo de llama, etc., provocando para ello las incidencias correspondientes. Con la mayor frecuencia posible se comprobará el correcto establecimiento y forma de la llama, así como el estado de la obra de refractario, utilizándose para ello las mirillas de observación previstas a tal fin. Periódicamente se comprobarán las características del agua de alimentación y del agua en el interior de la caldera. Las características del agua, tanto de alimentación como del interior de la caldera, deberán mantenerse por debajo de los límites reflejados por el sistema. Se deberá poner especial cuidado en la extracción de la muestra del agua del interior del generador, cuando éste se encuentre en servicio, en el sentido de evitar la vaporización parcial del agua al pasar a la presión atmosférica. Lo anterior se puede conseguir habilitando un pequeño serpentín refrigerador sumergido en agua fría y haciendo pasar el agua de la caldera a través del mismo, y de esta forma prevenir la citada vaporización parcial que podría desvirtuar sensiblemente las características obtenidas por análisis posterior. Para realizar un buen mantenimiento hay que tener en cuenta una serie de comprobaciones periódicas.Con la convicción que MÁS VALE PREVENIR QUE INGENIERIA MECANICA

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REPARAR, el personal encargado de la instalación debe realizar las comprobaciones y trabajos que se detallan a continuación, con la periodicidad que se indica. Hay que tener en cuenta que se trata de una guía general de actuación, que no pretende ser exhaustiva, sino para poder ayudar al operario en su trabajo. En cualquier caso, las instrucciones específicas de los fabricantes de los diversos componentes tendrán un carácter prioritario. TIPOS DE PROCEDIMIENTO ♣Cada día 1) PURGA DIARIA DE INDICADORES DE NIVEL La válvula de entrada de vapor al indicador de nivel debe continuar abierta, cerrar la válvula de entrada de agua al indicador de nivel, abrir lentamente la válvula de purga del indicador de nivel, dejar circular unos segundos el vapor, observándolo a través del cristal. Cuando toda el agua ha desaparecido del cristal, ir cerrando lentamente la válvula de purga. Una vez cerrada la válvula de purga, abrir lentamente la válvula de entrada de agua. Esta operación debe realizarse lentamente para evitar un golpe de presión sobre el cristal, impidiendo así una posible rotura del mismo. NOTA: Esta operación deberá realizarse dos veces seguidas como mínimo por cada aparato. La caldera durante la misma deberá tener, como mínimo, unos 2 Kg/cm de presión. 2) COMPROBACIÓN DE ALARMA, DESCONEXIÓN Y BLOQUEO DEL QUEMADOR POR BAJO NIVEL DE AGUA Ambos controles de nivel deben accionar la alarma y bloquear el quemador por bajo nivel de agua. Al volver todo el sistema a la posición inicial de acuerdo con el punto 1 accionando además el pulsador de desbloqueo, el quemador debe ponerse en marcha automáticamente si hay demanda de vapor. NOTA: La operación indicada en el punto 2 se considera junto con el 1 de la máxima importancia. Por tanto, cuando se advierta cualquier anomalía durante la ejecución de la misma, debe comunicarse al servicio de mantenimiento correspondiente. 3) COMPROBACIÓN DEL CONTROL DE LLAMA EN MARCHA CONTINÚA Cuando el equipo de combustión se encuentra funcionando, retirar la célula fotoeléctrica de su emplazamiento. Con la mano tapar totalmente la parte sensible de la misma, de forma que no pueda llegarle ninguna luz, y a los cinco segundos, aproximadamente, de hacer esta operación, el quemador deberá interrumpir la combustión, y se encenderá la lámpara de bloqueo. Para volver a poner el quemador en marcha, se introducirá la célula en su emplazamiento, cuidando que su parte sensible esté dirigida a la llama, y a continuación se accionará el pulsador de rearme o desbloqueo. 4) COMPROBACIÓN DEL CONTROL DE LLAMA DURANTE EL ENCENDIDO. Con el quemador, retirar la célula fotoeléctrica de su emplazamiento y proceder a la puesta en marcha en automático. Cuando empiece a girar el quemador, tapar la célula fotoeléctrica con la mano, de forma que no INGENIERIA MECANICA

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llegue ninguna luz. Esperar en esta situación el desarrollo del programa. Llegará un instante en el cual se podrá escuchar el golpe de apertura de la válvula solenoide de combustible principal, en ese instante, debe encenderse el quemador y la combustión se mantendrá perfectamente durante unos tres segundos aproximadamente, pasados los cuales en el quemador deberá desaparecer la llama y se encenderá la lámpara de bloqueo. Si esto no sucede así, avisar al servicio de mantenimiento correspondiente. Para volver a poner en marcha el quemador, se introducirá la célula en su emplazamiento, cuidando que su parte sensible esté dirigida hacia la llama, y a continuación se accionará el pulsador de rearme o desbloqueo. NOTA: Aprovechando las operaciones de los puntos 3 y 4, se observará si la parte sensible de la célula fotoeléctrica se encuentra limpia. Si no es así, se le pasará un paño que ha de ser suave para no rayar el cristal. 5) CONTROL DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN DE LA CALDERA Se deberá observar que el agua tratada que se está introduciendo en la caldera reúne las condiciones específicas para los generadores de que se trate (acuotubulares o pirotubulares.) ♣Cada semana: Se comprobara: la instalación Las tuberías (deterioros y estado del aislamiento) Los aparatos e intercambiadores de calor (suciedad, purgas, filtros...) Se comprobará la ausencia de transpiración y fugas por los prensaestopas, juntas, etc., y reponiendo estos elementos en caso preciso Las bombas (ruidos o vibraciones anormales) Válvulas de seguridad, aparatos de control y el correcto estado de los pilotos de señalización. ♣Cada mes: Sé deberá hacer una limpieza de la instalación, comprobando si los niveles de líquido son los correctos. LIMPIEZA DEL HOLLÍN DE LOS TUBOS DEL GENERADOR, mediante cepillo, aire comprimido, etc., retirando para ello las tapas que la caldera incorpora a tal fin. Al mismo tiempo que se efectúa la operación descrita en el circuito de humos, se procederá a la limpieza de las partes internas de la caja de humos, así como a repasar las juntas, tornillos de sujeción, etc., para conseguir una perfecta estanqueidad en su posterior montaje. Como carácter general también se comprobaran los manómetros, termómetros, presostatos y termostatos.

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♣CADA SEIS MESES Se mirara el estado de juntas y acoplamientos (corrosión). Revisión y limpieza de los equipos de regulación de combustión, nivel, etc., así como a su posterior puesta a punto. A tal fin, se seguirán las instrucciones específicas que faciliten las firmas fabricantes de los citados equipos y que serán incluidas en la información general de entretenimiento y servicio que se entrega al futuro usuario del generador. Se realizara una revisión de las purgas, se comprobara si hay fugas. También se realizara un engrasado de válvulas. ♣CADA AÑO - De la instalación: Se inspeccionarán y se limpiarán los filtros. Se cambiarán los cartuchos secadores. Se comprobará el estado de los refrigerantes. - De las tuberías: Se comprobara se presentan corrosiones o picaduras. Se comprobara si hay condensación o escarcha. Se comprobará si el aislamiento y la barrera de vapor están deteriorados. Se comprobará si presentan daños mecánicos. - De los aparatos a presión: Se comprobarán la suciedad y las incrustaciones en el lado del agua. Se comprobarán los ventiladores Se comprobará el estado de aislamiento. Se comprobará el estado de la pintura en el condensador evaporativo. - De carácter general: Se comprobará el estado de los contactores y de los aparatos eléctricos. Se comprobará el nivel de aceite en el transformador. Se realizará el engrase de cojinetes. Se vaciarán los circuitos de agua. Del análisis y valoración indicados y con los datos tomados, se pueden determinar si las condiciones reales de funcionamiento para saber si este es correcto o no. Independientemente de esa valoración, existen determinadas prácticas, fruto de la experiencia, que nos ayudaran a saber si el funcionamiento de la instalación es correcto. ♣PURGA Los purgadores van en la parte más baja de la caldera y algunas veces también en el cuerpo cilíndrico; se utilizan para sacar una cierta cantidad de agua con el fin de extraer de la caldera los lodos, sedimentos y espumas. Las impurezas de las grandes cantidades de agua vaporizada se van precipitando constantemente. En ocasiones se emplea un purgado (por el fondo) continuo, por medio de un tubo pequeño, para sacar las impurezas a medida que se precipitan. No obstante, cuando se sigue este INGENIERIA MECANICA

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procedimiento, los purgadores grandes hay que abrirlos de vez en cuando para sacar completamente los lodos acumulados. Proceso de purgado: - Enchufar una manguera en el extremo del tubo de purga. - Llevar el otro extremo de la manguera a un recipiente colocado en un lugar accesible y ventilado. - Girar ¼ de vuelta la tuerca del extremo del tubo de purga. - Abrir ¼ de vuelta la válvula de paso y comprobar que sale nuestro fluido. - Controlar el flujo de salida de aceite mediante la válvula de paso, para que la purga se haga lentamente. - Cuando cese de salir el fluido, cerrar la válvula de paso. - Retirar la manguera - Apretar la tuerca del extremo del tubo. ♣LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO FUERA DE SERVICIO Para complementar este estudio sobre Calderas Industriales y salas de calderas, daremos unas indicaciones sobre el mantenimiento de una caldera cuando la dejemos fuera de servicio durante un tiempo mayor de 30 días. De esta forma la caldera estará lista para su servicio cuando la necesitemos. -Mantenimiento fuera de servicio: Toda caldera cuyo servicio no se precise durante un periodo de tiempo lo suficientemente largo que la exponga al peligro de sufrir corrosiones internas y externas, deberá acondicionarse debidamente para que durante esta época de inactividad quede preservada de la oxidación. Cuando la caldera tenga que estar fuera de servicio durante varios meses y no esté expuesta a que se recurra a ella al menor aviso el “Procedimiento Seco” de conservación es el más conveniente. En cambio, en aquellos casos en que la caldera vaya a permanecer inactiva únicamente durante unas semanas y sujeta a entrar en servicio en cualquier momento, el “Procedimiento Húmedo” es el que aconsejamos practicar, puesto que la caldera puede quedar dispuesta enseguida para su encendido con sólo dejar correr parte del agua que necesita para elevar el nivel de los indicadores. Cualquiera que sea el procedimiento que se adopte, la consecución de los resultados apetecidos depende en gran parte de la eliminación absoluta de los sedimentos internos y materiales depositados, capaces de iniciar la corrosión. Procedimiento seco: Cuando se adopte la conservación en seco, se tendrá especial cuidado en extraer el agua que haya quedado depositada en bolsas de que lo tuviese, al limpiar la caldera por dentro. Para este objeto, aconsejamos el empleo de un chorro de aire a presión.

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Posteriormente, la caldera puede secarse por completo con braseros de coque o por medio de una corriente de aire caliente procedente de un soplador portátil, o bien por ambas cosas dirigida a los cabezales y tubos. Una vez bien secos los elementos internos, se colocarán bandejas de cal viva, en la proporción de 1 Kg. Por cada 10 m2, de superficie de calefacción, en los cabezales y tambor para que quede absorbida la humedad contenida en el aire encerrado en la caldera. Después de colocadas de nuevo las puertas de registros de hombre y las tapas de los de mano, deberán cerrarse todas las válvulas y grifos, teniendo la precaución de evitar por todos los medios que entre agua, vapor o aire en la caldera. Una vez terminada la limpieza exterior, se introducirán asimismo bandejas de cal viva en el hogar y conductos de gases, de notarse la presencia de humedad. Las puertas practicadas en la obra de fábrica y conductos deberán cerrarse por completo, así como los corta-tiros que lo serán herméticamente. En intervalos de tres meses se harán visitas de inspección, rellenando los recipientes de cal a medida que sea necesario. Se tendrá muy presente retirar todos los recipientes de cal colocados dentro o fuera de la caldera antes de llenarla de agua y encender. La caldera queda parada, en situación de fuera de servicio y conservada en seco, bajo presión de nitrógeno, que se usa como barrera para el aire y la humedad. -Procedimiento húmedo: Al optar por el procedimiento húmedo, deberá limpiarse la caldera tanto por dentro como por fuera, llenándola después con agua de alimentación a través del economizador hasta alcanzar el nivel de trabajo. Los reactivos químicos necesarios para dar al agua la alcalinidad exigida deberán introducirse con el agua de alimentación sin interrupción alguna con el fin de evitar oscilaciones en la concentración, que de otra forma podrían producirse. El agua introducida en la caldera deberá tener una alcalinidad cáustica hasta de 850 partes por millón cuando se trate de calderas de baja presión, siendo ésta inferior a 21 Kg/cm2, no a 35 Kg/cm2, en las que hay que levantar presión en pocos minutos sin haber sido vaciadas y llenas de nuevo. Deberá añadirse sulfito de sodio en todos los casos para conseguir una concentración de 30 partes por millón, que absorba el oxígeno que pueda contener el agua una vez hechos todos los preparativos. Deberá sostenerse a la caldera produciendo vapor por poca presión durante varias horas, con el fin de estabilizar las condiciones del agua y eliminar el oxígeno, apagándola con el nivel de agua alto. Inmediatamente antes de que baje la presión, deberá añadirse agua de alimentación desgasificada hasta llenar por completo el tambor y el recalentador y que salga el agua por todos los grifos de aire. Se cerrarán éstos a continuación, haciendo subir la presión en la caldera hasta llegar a 1 Kg/cm2, aproximadamente, que se mantendrá por la presión estática de un depósito elevado o por medio de bomba, según convenga y sea necesario.

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Terminadas todas estas operaciones, se colocarán bandejas con cal viva en el hogar y pasos de gases antes de cerrar la caldera para protegerla contra la humedad. Se repasará por último la caldera, cerrando todas las puertas y corta-tiros. Con tiempo frío pudiera ser necesario recurrir al empleo de anticongelantes. El periodo de inactividad puede prolongarse al disponer de medios para hacer circular el agua por la caldera, así como para recoger muestras que reflejan su estado con objeto de comprobar su alcalinidad y el contenido de sulfito. Esto significa el empleo de una bomba de circulación pequeña, dispuesta de forma que pueda tomar agua de todas las válvulas de desagüe y purga para descargarla de nuevo en el economizador por su entrada. De otra forma, el periodo de parada deberá limitarse a un mes sobre poco más o menos, al cabo del cual se procederá a encender de nuevo la caldera haciéndola funcionar a baja presión para que circule el agua y puedan tomarse muestras por si fuera necesario rectificar las operaciones químicas.

1.3. CONDENSADORES Y SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN. Los condensadores de vapor son aparatos en los cuales se condensa el vapor de escape procedente de máquinas y turbinas, y de donde el aire y otros gases no condensables son evacuados en forma continua. Dos son las ventajas que pueden considerarse empleando condensadores en las máquinas y turbinas de vapor: 1) Disminución de la presión de escape, con el consiguiente aumento de energía utilizable 2) Recuperación del condensado para utilizarlo como agua de alimentación para las calderas. En la mayoría de las centrales productoras de vapor la recuperación del condensado es muy importante, constituyendo una necesidad en la mayoría de las aplicaciones marítimas. El agua de alimentación de las calderas tomadas de lagos, ríos o mares, debe vaporizarse o tratarse apropiadamente antes de introducirla en los generadores de vapor. Con la tendencia a hacer trabajar las calderas a presiones y temperaturas cada vez más elevadas, ha aumentado la necesidad de trabajar con aguas de alimentación puras, dando como resultado que la mayoría de los condensadores instalados sean del tipo de superficie, los cuales permiten recuperar el condensado.

1.4. CLASIFICACIÓN Y FUNCIONAMIENTO. En las centrales térmicas se utilizan dos tipos de condensadores: 1.-De superficie 2.-De chorro

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Los condensadores de superficie proporcionan una baja presión de escape y al mismo tiempo permiten recuperar el condensado. Las condensadores de chorro solamente proporcionan una baja presión de escape, pues el condensado se mezcla con el agua de refrigeración. En las centrales equipadas con grandes turbinas de vapor no pueden emplearse condensadores de chorro, porque aun prescindiendo de la pérdida del condensado, el consumo de energía de las bombas de estos condensadores y el costo inicial de las necesarias para evacuar el aire neutralizan los beneficios conseguidos con el elevado vacío obtenido con este tipo de condensadores. Sin embargo, tratándose de turbinas de tamaño moderado, así como de máquinas de vapor de émbolo, los condensadores de chorro tienen bastante aplicación, especialmente en el caso que abunde el agua de alimentación de buena calidad. Un condensador de superficie consiste generalmente en un cilindro de hierro colado, o de chapa de hierro con una tapa porta −tubos en cada extremo, las cuales unen entre sí una multitud de tubos que forman la superficie de enfriamiento. El vapor de escape entra al condensador por un orificio situado en la par te superior de la envolvente y el agua de refrigeración pasa por el interior de los tubos. Cuando el condensador se emplea con una máquina de émbolo, se adopta corrientemente la disposición inversa, es decir, el agua pasa por fuera de los tubos y el vapor por el interior de los mismos. Otra forma de condensación de superficie conocida por condensador evaporativo, es aquella en que el cilindro −envolvente se ha suprimido. El vapor pasa por el interior de los tubos del condensador sobre los cuales se lanza agua pulverizada. El enfriamiento se produce principalmente por la evaporación del agua en la atmósfera. Los condensadores de chorro pueden ser de nivel bajo y barométrico. Los dos tipos son similares por lo que se refiere a la forma en la cual el vapor de escape y el agua de refrigeración se ponen en contacto; la diferencia estriba en el método de evacuar el agua y el condensado. Los condensadores de chorro en los cuales el agua de refrigeración, el condensado y los gases no condensables son evacuados por medio de una de una sola bomba, se denominan condensadores de chorro, de vació reducido y de nivel bajo, debido a la limitada capacidad de aire de la bomba . En el condensador representado en la figura, los gases no condensables son evacuados por medio de una bomba o eyector independiente, consiguiéndose un vacío más elevado. Este tipo de condensador se denomina se chorro, de vacío elevado y de nivel bajo. En determinadas condiciones el aire y el agua pueden ser evacuados por la acción cinética de la vena de fluido, en cuyo caso el condensador de chorro se denomina condensador eyector o sifón.

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Condensador de chorro de nivel bajo (de contacto directo)

♣CONDENSADORES DE SUPERFICIE En los condensadores de superficie se puede recuperar el condensado por qué no se mezcla con el agua de refrigeración. El vapor que hay que condensar normalmente circula por fuera de los tubos (fig.), mientras que el agua de enfriamiento o circulante pasa por el interior de los mismos. Esto se hace porque el vapor limpio no ensucia la superficie externa de los tubos, la cual es difícil de limpiar. El agua de refrigeración, frecuentemente está sucia y deja sedimento en el interior de los tubos. El método usual de limpiarlos consiste en desmontar las tapas del condensador y hacer pasar por dentro de los tubos cepillos de alambre movidos por un motor eléctrico. Esta tarea no es tan sencilla como puede parecer, porque un condensador puede tener de 1000 a 11000 tubos.

Condensador de superficie Westinghouse, radial de dos pasos.

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♣CONDENSADOR DE CHORRO DE NIVEL BAJO En la figura que aparece a continuación se observa un condensador de chorros múltiples, de nivel bajo. El condensador consiste en una cámara cilíndrica cerrada, en cuya parte superior hay una caja de boquillas de agua, la cual va acoplada a un tubo en forma de Venturi, cuyo extremo inferior se halla sumergido en el agua. El agua inyectada pasa por las boquillas por la presión de la bomba y por el vació existente. Los chorros están dirigidos a la garganta del tubo en donde se reúnen para formar un solo chorro. El vapor de escape en el condensador por la par te superior se pone en contacto directo con los chorros de agua convergentes, y se condensa. Por el efecto combinado de la presión de agua externa, el vacío existente dentro del condensador, y la acción de la gravedad, los chorros de agua alcanzan una velocidad suficiente para arrastrar el vapor condensado, el aire y los gases no condensables, y para descargarlos en el pozo caliente venciendo la presión atmosférica. Los chorros de agua crean el vacío al condensar el vapor, y lo mantienen al arrastrar y evacuar el aire y los gases no condensables. De esta forma no se requiere bomba alguna para evacuar el aire y el agua. La unión que aparece en la figura entre la turbina y el condensador consiste en un tubo de cobre ondulado con bridas de hierro colado. Esta unión permite las dilataciones y contracciones producidas por las variaciones de temperatura.

Instalación de un condensador-eyector Schutte y Koerting

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CONDENSADORES BAROMETRICOS La figura representa la sección de un condensador barométrico (de contacto directo), a contracorriente, en el cual se emplea el sistema de discos para distribuir el agua. En el condensador ilustrado el agua de refrigeración entra por un punto situado por encima de la entrada de vapor, y el agua va cayendo de disco en disco tal como aparece en la figura. El aire contenido es evacuado por medio de un eyector de aire, de chorro de vapor con dos escalonamientos y un refrigerador intermedio. El vapor a alta presión al expansionarse a través de las toberas a una elevada velocidad, arrastra el aire y los gases no condensables; la energía cinética d esta elevada velocidad se transforma en presión en la garganta del tubo combinado, comprimiendo e impidiendo hacia el exterior la mezcla aire−vapor.

El agua caliente resultante del proceso de condensación cae en el fondo del condensador y, a continuación, en el tubo de salida, mientras que el aire es enfriado en la parte superior del aparato, quedando a una temperatura próxima a la del agua de entrada. De esta manera el eyector de aire trabaja con gases fríos, que contienen poco vapor y prácticamente nada de agua. La parte inferior del tubo de salida (de unos 10,7 m de longitud) está sumergida en el pozo caliente. Como quiera que la presión atmosférica pueda soportar una columna de agua de 10,36 m de altura, el tubo de salida constituye una bomba de evacuación automática, y el agua sale de dicho tubo tan ´rápidamente como se va acumulando en el mismo.

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En los condensadores barométricos y de nivel bajo es normal elevar el agua de la fuente de alimentación a la altura necesaria para la inyección, mediante el vacío que existe dentro del condensador. La altura máxima a que por este procedimiento puede elevarse el agua es de unos 5,49 m con un vacío de 712 mm con respecto a una presión barométrica de 762 mm. Cuando resulta necesario se emplea una bomba para ayudar a elevar el agua a la altura requerida por el condensador. Los condensadores barométricos son de construcción simple, sin órganos móviles, ni toberas, ni orificios estrangulados que pueden taparse y no necesitan válvulas de comunicación con la atmósfera.

Condensador barométrico (de contacto directo), de discos y de contracorriente, tipo Ingersoll-Rand.

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1.5. TORRE DE ENFRIAMIENTO Las torres de refrigeración o de enfriamiento son sistemas mecánicos destinados a enfriar masas de agua en procesos que requieren una disipación de calor. El principio de enfriamiento de estos equipos se basa en la evaporación, el equipo produce una nube de gotas de agua bien por pulverización, bien por caída libre que se pone en contacto con una corriente de aire. La evaporación superficial de una pequeña parte del agua inducida por el contacto con el aire, da lugar al enfriamiento del resto del agua que cae en la balsa a una temperatura inferior a la de pulverización. El uso más habitual de estos equipos está asociado a los sistemas de refrigeración, tanto en aire acondicionado como en producción de frío (hostelería, alimentación, laboratorios, etc.), sin embargo, en el ámbito industrial estos equipos se usan para el enfriamiento de cualquier parte de un proceso que genere calor y deba ser disipado (por ejemplo, procesos de molienda que generan calor por fricción, enfriamiento de reacciones exotérmicas, disipación de calor residual en centrales de producción de energía eléctrica, etc.). La figura 1 representa el esquema de una torre como parte de un sistema de refrigeración de un edificio y la figura el esquema de una torre asociada a un proceso industrial genérico. Un gran número de torres se destinan a refrigeración de procesos industriales. Los condensadores valorativos son equipos, por estructura y función, muy similares a las torres de refrigeración pero la principal diferencia estriba en el uso y modo de funcionamiento. Los condensadores están destinados a la condensación de gases en general (butano, propano, butileno, pentano, CO2, vapor de agua, etc.), así como a la condensación de gases refrigerantes en los sistemas de acondicionamiento de aire y frío industrial. El agua se pulveriza directamente sobre un sistema de conductos en cuyo interior circula un refrigerante inicialmente en estado gaseoso y que por el enfriamiento del agua pasa a estado líquido. El refrigerante circula por un circuito totalmente independiente sin contacto con el agua. En la figura 1 que corresponde a una torre como parte de un sistema de refrigeración de un edificio se aprecian tres circuitos: 1. El primer circuito mueve el agua de condensación almacenada en la balsa de la torre hasta el intercambiador de calor (condensador) donde el gas refrigerante se condensa. En la condensación el refrigerante cede calor al agua que se transporta a su vez de vuelta a la torre donde se pulveriza y se pone en contacto con la corriente de aire ascendente para conseguir su refrigeración por evaporación parcial. Este es el único circuito realmente peligroso desde el punto de vista de transmisión de legionelosis, ya que es el único que puede emitir aerosoles al ambiente. 2. El segundo circuito, transporta el refrigerante, un compuesto químico que tiene la particularidad de ceder o absorber gran cantidad de calor cuando

cambia de estado. Para facilitar el cambio de estado se somete al refrigerante a cambios de presión, mediante un compresor se aumenta la presión del refrigerante en estado gaseoso y éste comienza a condensar cediendo calor que se absorbe a través del contacto indirecto con el agua fría procedente de la balsa de la torre. La presión se libera mediante una válvula de expansión que produce el cambio de líquido a gas del refrigerante en el evaporador, así como su enfriamiento. En este punto el refrigerante se pone en contacto con un tercer circuito de agua. 3. El tercer circuito es el encargado de transportar el agua refrigerada en el evaporador hasta las baterías de frío de las denominadas unidades de tratamiento de aire (UTA). Las baterías permiten el contacto indirecto a través de tubos y aletas similares a un radiador de vehículo) del agua refrigerada con el aire interior de las salas a climatizar, produciendo un continuo enfriamiento del aire. En la figura se aprecia un único circuito de agua que realiza constantemente un ciclo en el que se produce una pulverización para promover su evaporación parcial y por tanto disminuir su temperatura al caer a la balsa. El agua de la balsa refrigerada se envía al punto del proceso industrial que se desea refrigerar y se pone en contacto a través de un intercambiador de calor o sistema similar, normalmente no se produce mezcla del agua con los elementos a refrigerar sino que se realiza un contacto indirecto a través de tuberías, intercambiadores, camisas de refrigeración, baños, etc.

ESQUEMA DE UNA TORRE COMO PARTE DE UN SISTEMA DE REFRIGERACION DE UN EDIFICIO

FIGURA.ESQUEMA DE UNA TORRE DESTINADA A LA REFRIGERACION DE UN PROCESO INDUSTRIAL Hay equipos de múltiples tamaños y estructuras según la potencia a disipar, el fabricante, los materiales, etc.,sin embargo podríamos clasificar las torres de refrigeración en dos grandes categorías: • Equipos de tiro natural • Equipos con ventilación mecánica ♣EQUIPOS DE TIRO NATURAL -Equipos basados en efecto chimenea En los que el agua pulverizada genera un punto caliente en la parte baja de la torre e induce el movimiento ascendente del aire habitualmente en contracorriente (figura). Estos equipos se emplean casi exclusivamente en grandes industrias y en centrales de producción de energía eléctrica (térmicas, nucleares, etc.), en

general, sistemas que necesitan mover y refrigerar grandes cantidades de agua. Estas instalaciones habitualmente no disponen de separadores de gotas, debido a la elevada perdida de carga que provocan estos elementos que disminuyen excesivamente el flujo de aire. No obstante, dada su elevada altura y geometría, la emisión de aerosoles es muy limitada. ♣EQUIPOS CON VENTILACIÓN MECÁNICA -EQUIPOS DE TIRO FORZADO Los equipos con ventilación mecánica denominados de tiro forzado, disponen de ventiladores (normalmente de tipo centrifugo salvo en las instalaciones industriales que ocasionalmente son axiales) ubicados en la parte baja de la torre que impulsan el aire al interior de la misma sobrepresurizando e impulsando por tanto su salida por la parte superior a través del relleno, el esquema general y una foto de un típico equipo de estas características se puede ver en la figura

El agua de retorno procedente del punto de uso (1) es pulverizada por la parte superior de la torre (2) pasando a través del relleno (3), cuya misión es incrementar el tiempo de retención y por tanto el contacto con el aire ascendente (4) cuyo único punto de entrada es a través del ventilador. En el relleno se produce el enfriamiento, quedando el agua refrigerada en la balsa de la torre (5) que se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo de intercambio de calor en el punto de uso.

♣EQUIPOS DE TIRO INDUCIDO Los equipos de tiro inducido a diferencia de los anteriores funcionan en depresión, es decir el ventilador, localizado en la parte superior de la torre, extrae aire del interior de la unidad que se renueva a través de aperturas localizadas en la parte baja de la misma, según se puede apreciar en la fotografía y el esquema mostrados en la figura

El agua de retorno procedente del punto de uso (1) es pulverizada por la parte superior de la torre (2) pasando a través del relleno (3), cuya misión es incrementar el tiempo de retención y por tanto el contacto con el aire ascendente (4) cuya zona de entrada es a través de las aperturas laterales. En el relleno se produce el enfriamiento, quedando el agua refrigerada en la balsa de la torre (5) que se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo de intercambio de calor en el punto de uso.

CLASIFICACIÓN EN FUNCIÓN DE LA FORMA EN QUE EL AIRE ATRAVIESA EL RELLENO — Flujo en contracorriente: El aire atraviesa de abajo a arriba el relleno de la torre. — Flujo cruzado: El aire atraviesa de forma lateral el relleno de la torre. A continuación se muestran los esquemas de los diferentes tipos de torres según la forma de los flujos de aire y agua. ♣TIPOS DE TORRES

1.6. CICLO HIDROLÓGICO El ciclo hidrológico consta de 4 etapas: almacenamiento, evaporación, precipitación y escorrentía. El agua se almacena en océanos y lagos, en ríos y arroyos, y en el suelo. la evaporación, incluida la transpiración que realizan las plantas, transforma el agua en vapor de agua. La precipitación tiene lugar cuando el vapor de agua presente en la atmósfera se condensa y cae a la tierra en forma de lluvia, nieve o granizo. El agua de escorrentía incluye la que fluye en ríos y arroyos, y bajo la superficie del terreno (agua subterránea).

1.7. IMPUREZAS, DUREZA Y EFECTOS Los principales parámetros involucrados en el tratamiento del agua de un GENERADOR DE VAPOR (CALDERA), son los siguientes: -pH. El pH representa las características ácidas o alcalinas del agua, por lo que su control es esencial para prevenir problemas de corrosión (bajo pH) y depósitos (alto pH). -Dureza. La dureza del agua cuantifica principalmente la cantidad de iones de calcio y magnesio presentes en el agua, los que favorecen la formación de depósitos e incrustaciones difíciles de remover sobre las superficies de transferencia de calor de una caldera. -Oxígeno. El oxígeno presente en el agua favorece la corrosión de los componentes metálicos de una caldera. La presión y temperatura aumentan la velocidad con que se produce la corrosión. -Hierro y cobre. El hierro y el cobre forman depósitos que deterioran la transferencia de calor. Se pueden utilizar filtros para remover estas sustancias. -Dióxido de carbono. El dióxido de carbono, al igual que el oxígeno, favorecen la corrosión. Este tipo de corrosión se manifiesta en forma de ranuras y no de tubérculos como los resultantes de la corrosión por oxígeno. La corrosión en las líneas de retorno de condensado generalmente es causada por el dióxido de carbono. El CO2 se disuelve en agua (condensado), produciendo ácido carbónico. La corrosión causada por el ácido carbónico ocurrirá bajo el nivel del agua y puede ser identificada por las ranuras o canales que se forman en el metal. -Aceite. El aceite favorece la formación de espuma y como consecuencia el arrastre al vapor. -Fosfato. El fosfato se utiliza para controlar el pH y dar protección contra la dureza. -Sólidos disueltos. Los sólidos disueltos la cantidad de sólidos (impurezas) disueltas en al agua. -Sólidos en suspensión. Los sólidos en suspensión representan la cantidad de sólidos (impurezas) presentes en suspensión (no disueltas) en el agua. -Secuestrantes de oxígeno. Los secuestrantes de oxígeno corresponden a productos químicos (sulfitos, hidrazina, hidroquinona, etc.) utilizados para remover el oxígeno residual del agua. -Sílice. La sílice presente en el agua de alimentación puede formar incrustaciones duras (silicatos) o de muy baja conductividad térmica (silicatos de calcio y magnesio). -Alcalinidad. Representa la cantidad de carbonatos, bicarbonatos, hidróxidos y silicatos o fosfatos en el agua. La alcalinidad del agua de alimentación es importante, ya que, representa una fuente potencial de depósitos. -Conductividad. La conductividad del agua permite controlar la cantidad de sales (iones) disueltas en el agua.

1.8. SISTEMA DE TRATAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN En la figura se muestran los equipos que intervienen en el tratamiento de agua de una planta térmica, SE MUESTRAN ABLANDADORES, BOMBAS DOSIFICADORAS Y UN DESGASIFICADOR CON SU RESPECTIVO ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUA.

♣ABLANDADORES La función de los ablandadores es eliminar los iones de Ca y Mg, que conforman la dureza del agua y favorecen la formación de incrustaciones en una caldera.

El principio de funcionamiento de estos equipos se basa en un proceso llamado “intercambio iónico”, que consiste en la sustitución de estos iones por sodio (Na) para obtener agua para ser utilizada en calderas.

♣DESGASIFICADOR La función de un desgasificador en una planta térmica es eliminar el oxígeno y dióxido de carbono disuelto en el agua de alimentación de las calderas para prevenir problemas de corrosión o “pitting”. En la figura se muestra el arreglo típico de los desgasificadores generalmente utilizados para eliminar los gases disueltos del agua de alimentación de las calderas.

♣PURGAS AUTOMÁTICAS Las purgas automáticas utilizadas generalmente en calderas son las purgas automáticas de fondo y las purgas automáticas de superficie. La purga automática de fondo (6) está compuesta por una válvula con un actuador y un temporizador en el que se programan los ciclos de purgas (cantidad y duración) de fondo requeridas por el tratamiento de agua utilizado en la caldera. La purga de fondo automática permite realizar en forma automática las tareas de purga,

que debe efectuar el operador en forma manual.

1.9. CALENTADORES DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN Un calentador de agua de alimentación es un componente de la planta de potencia se utiliza para precalentar el agua suministrada a una caldera de producción de vapor. El precalentamiento del agua de alimentación reduce las irreversibilidades que participan en la generación de vapor y por lo tanto mejora la eficiencia termodinámica del sistema. Esto reduce los costos operativos de la planta y también ayuda a evitar el choque térmico para el metal de la caldera cuando el agua de alimentación se introduce de nuevo en el ciclo de vapor.

En una planta de energía de vapor, los calentadores de agua de alimentación permiten que el agua de alimentación a ser llevado hasta la temperatura de saturación muy gradualmente. Esto minimiza las irreversibilidades inevitables asociados con la transferencia de calor al fluido de trabajo. La energía utilizada para calentar el agua de alimentación se deriva generalmente de vapor extraído entre las etapas de la turbina de vapor. Por lo tanto, el vapor que se utiliza para realizar el trabajo de expansión en la turbina no se utiliza para ese propósito. El porcentaje de la masa de flujo de vapor total del ciclo se utiliza para el calentador de agua de alimentación se denomina la fracción de extracción y debe ser cuidadosamente optimizado para la potencia máxima eficiencia térmica planta ya que al aumentar esta fracción causa una disminución en la potencia de salida de la turbina. Calentadores de agua de alimentación también pueden ser "abierto" o "cerrado" Intercambiadores de calor. Un intercambiador de calor abierto es uno en el que se permite extraído vapor se mezcle con el agua de alimentación. Este tipo de calentador se requiere normalmente una bomba de alimentación en la entrada y la salida de alimentación puesto que la presión en el calentador es entre la presión de la caldera y la presión del condensador. Un desgasificador es un caso especial de que el calentador de agua de alimentación abierto que está específicamente diseñado para eliminar los gases no condensables del agua de alimentación. Calentadores de agua de alimentación cerrada son típicamente intercambiadores de calor de carcasa y tubos en los que el agua de alimentación pasa a través de los tubos y se calienta por la turbina de vapor de extracción. Estos no requieren bombas separadas antes y después de que el calentador para impulsar el agua de alimentación a la presión del vapor extraído como con un calentador abierto. Sin embargo, el vapor de agua se extrae a continuación, debe estrangularse a la presión del condensador, un proceso isoentálpica que resulta en cierto aumento de entropía con una ligera penalización en la eficiencia total del ciclo. Muchas plantas de energía incorporan una serie de calentadores de agua de alimentación y pueden utilizar las dos componentes abiertos y cerrados. Calentadores de agua de alimentación se utilizan tanto en las plantas eléctricas de combustibles fósiles y nucleares-como combustible.

1.10. CONDICIONES BOMBEO.

DE

OPERACIÓN

DEL

EQUIPO

DE

Presión requerida Cuando se bombea agua directamente a la caldera, se requiere superar la presión en la misma, para ello la presión entregada por la bomba debe ser

superior a la que hay en la caldera, algunos fabricantes recomiendan adicionar 10% al valor de presión para usarla en la elección de la bomba. EJEMPLO: Datos condicionantes -Presión : 12 Kg/cm^2 -Caudal: 7 lts/s -Temperatura: 60°C -Perdidas en la tubería : 0 MCA

Calculo de altura: H= (12kg/cm2)(10%) + 12kg/cm2 H=13.2kg/cm2 Luego: 10mca = 1kg/cm2 Entonces: H=132 mca. -El 10% es según las especificaciones para vencer la presión de la calderaCalculo de flujo: Q= 7lt/seg Luego: 1m3 =1000lt ; 1hr = 3600 seg ; 1min = 60 seg Entonces: Q= 25.2 m3/hr Ó Q= 420 lt/min. De acuerdo con la Norma Oficial Mexicana NOM-002-ENER-1995. Eficiencia térmica de calderas paquete. Especificaciones y método de prueba.

1.11. CICLO COMBINADO. Este tipo de Central Consta Principalmente de los siguientes equipos

CONVERSION DE ENERGIA EN LAS CENTRALES:

1.12. CICLO BRAYTON-RANKINE, 1.13 DEFINICIÓN Y EFICIENCIA DEL CICLO. 1.14. CONFORMACIÓN Es el ciclo ideal de las centrales eléctricas de vapor, y funciona de manera que el fluido de trabajo cambia de fase de líquido a vapor. El fluido de trabajo generalmente es agua para el ciclo de Rankine 1-2: Compresión isentrópica en una bomba. 2-3: Adición de calor isobárico en una caldera. 3-4: Expansión isentrópica en una turbina. 4-1: Rechazo de calor isobárico en un condensador. Estados para el ciclo ideal: 1: Liquido saturado 2: Liquido comprimido 3: Vapor sobrecalentado 4: Mezcla saturada.

♣PRINCIPIO DEL CICLO RANKINE

♣CARACTERÍSTICAS DEL CICLO 1. La energía se recupera de los gases de escape y se transfiere al vapor en un intercambiador de calor que sirve como caldera 2. La cámara de combustión es isobárica; P6 = P7 3. Los intercambiadores de calor son isobáricos; P9 = P8, P2= P3, P1 = P4 4. Se asumen las eficiencias isentrópicas o se asumen idealizaciones 5. Suposiciones de aire estándar para el ciclo de gas Brayton 6. El ciclo de vapor es el ciclo Rankine ideal simple.