3.1 Diseno de Calderas Industriales Indice i

7/26/2019 3.1 Diseno de Calderas Industriales Indice i

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DISEO DE CALDERAS INDUSTRIALES

INDICE

INTRODUCCIN DE CALDERAS INDUSTRIALES

DEFINICIONES

1. CALDERAS

1.1 DEFINICION DE CALDERAS

1.2 CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS

1.3 USOS

1.3.1 CUADRO DE USOS

1.3.2 APLICACIONES DEL VAPOR

1.3.2.1 Condensacin

1.3.2.2 Aprovechamiento de la energa cintica de vapor

1.4 PARAMETROS INDUSTRIALES PARA LA SELECCIN DECALDERAS

1.4.1 DEFINICIONES PRELIMINARES

A. CARGA TERMICA (Q)

B. VAPOR NORMAL (Vn)

C. FACTOR DE EVAPORACION (f)

D. CAPACIDAD DE VAPORIZACION DE UNA CALDERA

E. HP DEL CALDERO-BHP

F. EFICIENCIA TERMICA DE UNA CALDERA

G. SUPERFICIE DE CALEFACCION

1.4.2 SELECCIN DE UNA CALDERA1.4.2.1 FACTORES MS IMPORTANTES

A. Requerimientos de vapor

B. Combustible

C. Corriente elctrica

1.4.3 ESTRUCTURA INTERNA Y EXTERNA

1.4.3.1 Partes importantes de una caldera Pirotubular

A. El hogar o cmara de combustin


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a. Cilindro liso

b. Tipo adamson

c. Cilindro reforzado con anillos

d. Cilindro Corrugado

B. La caldera propiamente dicha

C. El conducto de humos o tubos de fuego

D. Quemador

E. Vlvulas solenoides

F. Motor modutrol

G. Programadores

H. Electrobomba de alimentacin de agua

I. Tuberas de agua de alimentacina. lnea de descarga de vapor

b. lnea de purga

J. columna de nivel-control de nivel

K. Control de presin

L. vlvulas de seguridad

M. Cdigo ASME

1.4.4 PARAMETROS INDUSTRIALES PARA LA

CONSTRUCCION DE CALDERAS PIROTUBULARES1.4.4.1 Parte Mecnica I (Datos)

1.4.4.2 Materiales empleados en la fabricacin de calderasPirotubulares

A. Para cmara de Fuego, Casco y Placa

B. Para tubos de fuego y tuberas de la Caldera

1.4.4.3 Proceso de Fabricacin de la Caldera Pirotubular

I. Las placas Portatubos-Espejos

II. El Hogar o Cmara de Combustin

III. Tubos de fuego.

III. A Calculo de la longitud de los tubos de 2pulg de dimetro: Lt

IV. Tirantes de Refuerzo en las Placas Portatubos

V. Casco

1.4.5 PARAMETROS INDUSTRIALES PARA LACONSTRUCCIN PARTE MECANICA II

1.4.5.1 Coples soldables


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A. Para salida de vapor

B. Para agua de alimentacin

C. Cople para agua de alimentacin

D. Cople para vlvula de Seguridad

E. Para purga de Espuma

F. Cople para Purga de Fondo

G. Para instalacin de la columna de nivel

H. Cople para temperatura de Chimenea

1.4.5.2 Chimeneas

1.4.5.3 Base de la Caldera

1.4.5.4 Tapas: delantera y posterior

1.4.5.5 Tapas de registro o Tapas Hand Hole o Entrada demano

1.4.5.6 Soldaduras

A. Supercito E-7018

B. Ferrocito 24 E-7024

C. Cellocord AP E-6011

D. Overcord S E-6013

1.4.5.7 Procedimiento de Soldadura.

1.4.5.8 Inspecciones de soldadura en el campo.1.4.5.9 Normas de seguridad

1.4.5.10 Pruebas necesarias para calderas pirotubulares

I. Prueba y ensayo de partculas magnticas.

II. Inspeccin de lquidos penetrantes.

III. Inspecciones ultrasnicas.

IV. Prueba de corriente parasita.

V. Radiografas a los cordones de Soldadura-RayosX

VI. Prueba de alivio de tensiones o tratamientotrmico de la Caldera

VII. Prueba Hidrosttica de la Caldera

VIII. Pruebas de Combustin

IX. Pruebas de Funcionamiento

1.4.5.8 Aislantes

I. Material refractario de la caldera


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II. Lana de vidrio

III. Asbesto

IV. Neoprene

V. Pinturas

1.4.6 CALDERA ACUOTUBULAR.

1.5 EJEMPLO APLICATIVO

1.6 OTRAS CALDERAS.

1.7 QUEMADORES INDUSTRIALES

1.7.1 PARAMETROS INDUSTRIALES PARA LA SELECCINDEL QUEMADOR

1.7.2 TIPOS DE QUEMADORES

1.7.3 USOS DE QUEMADORES


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Introduccin

Las Calderas Industriales

Se emplean principalmente para proporcionar energa en forma de vapor, sin embargo,

existe un amplio nmero de aplicaciones en las que la formacin de vapor es incidentalpara un proceso qumico; por ejemplo la unidad de recuperacin qumica en la industriapapelera, un calentador de monxido de carbono en una refinera de petrleo o unacaldera de calor residual para gas de enfriamiento en un horno de hogar abierto. En unaplanta industrial no es extrao que las calderas industriales sirvan para muchasaplicaciones; por ejemplo, en un molino de pulpa de papel, el calentador derecuperacin qumica se emplea para convertir el licor negro en sustancias qumicastiles y de esta manera generar vapor para el proceso. En la misma planta una unidad decombustin de corteza recupera calor del material de desperdicio y genera tambinenerga. Las calderas industriales queman petrleo, gas, carbn y una amplia variedadde productos y/ subproductos.

Las estadsticas actuales muestran que la combustin del carbn pulverizado es laseleccin ms apropiada para calderas grandes, cuya capacidad es superior a 113398kg/h. Para calderas de capacidad media, es decir, de 45359 a 113398 kg/h la seleccindominante es respecto a las alimentadas mecnicamente, aunque se esta incrementandoel empleo de calderas que queman carbn pulverizado, ya que su mayor eficienciatrmica las hace atractivas en el limite superior del intervalo de capacidad media.

El factor ms importante que debe considerarse cuando se comparan las calderasalimentadas mecnicamente por fogonero y las que queman carbn pulverizado es lareduccin de la eficiencia debido a la prdida de carbono. Una caldera de carbnpulverizado bien diseada puede mantener una prdida de eficiencia debido a que elcarbono no quemado es menor a 0.4%. En una unidad de combustin alimentadamecnicamente por un alimentador distribuidor donde existe una continua descarga decenizas, la prdida de carbono usual ser de 4 a 8%, dependiendo de la cantidad dereinyeccin que se logra.


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Caractersticas y Beneficios

1. Base tipo caja, en acero, de fcil manejo y distribucin de peso de balanceo.

2. Quemador de tiro forzado montado en la base, (en platillo de 20250 HP)

3. Gabinete de control hermtico al polvo con juntas que encierran y protegen suprogramador de encendido y vigilancia de llama.

4. Quemador Kewanee de aceite combustible, gas o combinacin gas/aceite.

5. Las puertas frontales abisagradas permiten facilidad de acceso parainspecciones y limpieza.

6. Construccin de acuerdo con el cdigo A.S.M.E. bajo la supervisin de uninspector independiente residente.

7. Columna de agua con control combinado para bajo nivel y operacin de labomba, protege las unidades de vapor contra la operacin en seco.

8. Los controles limites, operacionales y de control de fogueo le proveen a usteduna operacin eficiente y segura.

9. Tubos de fuego de 2 en grueso calibre para unidades de 300 - 1.000 HP, 2en unidades de 20250 HP. Rolados, expandidos y ribeteados en las unidadesde alta presin y en la cmara de combustin de las unidades de baja presin.

10. Una amplia rea de desprendimiento le asegura vapor seco de calidad.

11. Cobertura metlica en calibre 22, instalado en la fbrica con grueso aislamientoen fibra mineral para aumentar la eficiencia.


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12. La vlvula de seguridad de vapor o de alivio de agua de acuerdo al cdigoA.S.M.E. se despacha por separado para asegurar su llegada al sitio de trabajo.

13. Asas de levantamiento de grueso acero para facilitar tu instalacin.

14. Salida de gases con platillo redondo colocado en la parte posterior de la calderaque le permite a usted hacer fciles transiciones hasta la chimenea

15. Los tubos de fuego de las Kewanee tienen placas separadas por zonas detemperatura evitando los peligrosos esfuerzos encontrados en las calderas eleplacas sencillas.

16. La cmara de combustin. 100% sumergida en agua. incrementa la transferenciade calor en menos espacio que otras calderas.

17. Las puertas traseras independientes estn libres de refractarios. (abisagradas300-1000).

18. Horno en acero de grueso calibre de 20-250 HP de vapor y unidades de bajapresin. Hogar de acero corrugado de 300-1000 HP y en todas las un dudes elealta presin.


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DEFINICIONES.

Calor sensible (hsen).- es la cantidad de calor que absorbe o libera un cuerpo ofluido sin que se produzcan en l cambios en su fase fsica. En el cuerpo o fluidosu temperatura aumenta. Este tipo de calor (ya sea absorbido o cedido), dependede la presin ejercida sobre el cuerpo; est dado en BTU/ libra, o Kcal/Kilogramo.

Hsen = m CWt,

Calor latente de vaporizacin (hfg).- es el aadido a la unidad de masa de agua, a latemperatura de saturacin, para evaporarlo totalmente y producir vapor saturado.Esta es la Entalpa de vaporizacin o de evaporacin.

= mhH fglat

El vapor saturado seco carece de humedad y est a su correspondientetemperatura de saturacin para una presin dada. El calor total o Entalpa delvapor saturado es igual a la suma del calor del lquido ms el calor devaporizacin.

El vapor que contenga agua en cualquier forma, minsculas gotas, humedad o niebla sellama vapor hmedo. El vapor hmedo puede ser el resultado de retencin de aguadurante la ebullicin o de un proceso parcial de condensacin. En cualquier caso elcontenido de calor total de la mezcla es menor que el del vapor seco saturado, por ser lavaporizacin incompleta. El porcentaje de vapor seco por masa en la mezcla, se llamacalidad del vapor. Por consiguiente un vapor que tiene 3% de humedad, es un vaporcon 97 % de calidad. El calor total del vapor hmedo es igual a la suma del calor dellquido ms el porcentaje correspondiente de calor de vaporizacin, representada por lacalidad del vapor. La temperatura del vapor hmedo es la misma que la del vapor seco auna presin dada.

El vapor con una temperatura mayor que la correspondiente al vapor saturado a unapresin dada, se llama vapor sobrecalentado. Cuando se mantiene la presin de un vaporsaturado seco y se le contina suministrando calor, el sobrecalentamiento producir unaumento de temperatura y de volumen. El calor total del vapor sobrecalentado esigual a la suma del calor del vapor saturado seco ms el calor de

sobrecalentamiento.El trmino calor total es la expresin aplicable, en ingeniera, a cualquier condicin delvapor, est hmedo, saturado o sobrecalentado. Se conoce tambin como la Entalpa delvapor, es la cantidad de calor aadida a una unidad de masa de agua para producir elefecto final considerado.

VAPOR SATURADO Y SOBRECALENTADO

Una de las caractersticas ms importantes del vapor SC es la dependencia de la energainterna con la temperatura; por tanto, cuan cerca est el vapor del gas perfecto, mejor


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ser el trabajo realizado. Adicionalmente, como no contiene humedad, no existe lamnima posibilidad de condensacin hasta que no se haya enfriado a una temperaturaigual a la correspondiente del vapor saturado a esa presin dada. Esta caracterstica esparticularmente til, porque con una correcta cantidad de sobrecalentamiento, es posibleeliminar la condensacin en las lneas de descarga del vapor de una turbina y disminuir

notablemente la humedad en el escape.Con el vapor saturado, el calor disponible depende exclusivamente de la presin,mientras que con el vapor sobrecalentado hay un calor adicional, proporcional algrado de sobrecalentamiento. Este calor adicional se obtiene por un aumento en elconsumo de combustible, pero los beneficios econmicos obtenidos dan comoresultado una mejor eficiencia obtenida de considerable magnitud. Usandocomparativamente una pequea cantidad de sobrecalentamiento es posible reducirla humedad de las condiciones de escape y producir una mejora en el porcentajedel calor utilizado.

LIMITES EN LA PRESION Y TEMPERATURA DEL VAPOR

Los materiales usados en la construccin del sobrecalentador, en la prctica determinanlo lmites de temperatura y presin a usarse. Los ltimos desarrollos en la metalurgia delos aceros usados en la manufactura de tubos y cabezales de sobrecalentadores, hanhecho posible el diseo y construccin de sobrecalentadores y recalentadores parainstalaciones de calderos de altas temperaturas y presiones, al haber tambin mejoradonotablemente las tcnicas de soldadura. A pesar que las instalaciones que operan en loslmites de los materiales existentes son ms interesantes y sensacionales, la granmayora de equipos se operan en el rango de 750F a 1050F de temperatura, porquerepresentan el mbito donde se pueden obtener mayores ahorros.

El estudio de las temperaturas de vapor de las instalaciones que usan 2400 psig depresin controlada, nos indican que la temperatura ms usual es 1000F. Lo mismo seobserva en las unidades que operan en el rango de 3500 psig que usan 1000F para elsobrecalentamiento y recalentamiento.

Aproximadamente el 30% de las unidades sper crticas tienen una segunda etapa derecalentamiento a una temperatura aproximada de 1000F, esto se justifica por el altocosto del combustible.

EL SOBRECALENTAMIENTO REDUCE EL CONSUMO DE VAPOR

En toda tubera de vapor hay prdidas por radiacin. Por lo tanto, si el vapor queentra a la lnea es saturado seco inmediatamente se inicia el proceso decondensacin la cual es descargada por medio de trampas y frecuentemente sepierde en el condensado. As adems de la perdida de calor por radiacin hayadems la perdida de calor en la condensacin. Por supuesto si el condensado seretorna a un tanque, una parte del calor del lquido se aprovechar. Aadiendo unacantidad suficiente de sobrecalentamiento al vapor, podr ser transportado sin

prdidas por condensacin.


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La instalacin de un sobrecalentador en un caldero, tiene el efecto de reducir la cantidadde enrgia que deben de efectuar las superficies de evaporacin para producir la mismaenerga trmica. En otras palabras, la instalacin de un sobrecalentador incrementala capacidad de la Planta. Adicionalmente un sobrecalentador bien diseadoaumenta la eficiencia trmica de la unidad generadora de vapor.

FUNDAMENTOS

Para la generacin de vapor en una caldera se realiza por tres mtodos distintos:

Conduccin

Conveccin

Radiacin

La conduccin es la transferencia de calor de una parte del material a otra o a unmaterial con el que esta en contacto. El calor se entiende como una actividad

molecular o como la vibracin de las molculas de un material. Cuando se

calienta una parte de un material, la vibracin molecular aumenta. Esto excita el

incremento de la actividad en las molculas adyacentes, y el flujo trmico se

establece desde la parte caliente del material a las partes mas fras. En las

calderas se tiene lugar una considerable conductividad superficial entre un fluido

y un slido, por ejemplo entre el agua y un tubo o entre el gas y un tubo, adems

de la conductividad a travs del metal de un tubo u hogar.

La conduccin se refiere al calor que atraviesa una pared slida viniendo de unmedio para luego llegar a otro. Es decir comprende el estudio de la resistenciaal paso del calor en la pared que separa sus medios. Esta forma detransferencia de calor se produce en toda la superficie de Calefaccin de laCaldera.


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La conveccin es la transferencia de calor a o desde un fluido (liquido o gas)

fluyendo hacia o sobre la superficie de un cuerpo . Se entiende por conveccin

al proceso de transferencia de energa calrica que tiene lugar

principalmente en los fluidos como consecuencia de este contacto con un

slido o diferentes temperaturas, por lo que unas partes de las masas de este

fluido se mezclan con otras a diferentes temperaturas, ocurriendo un

fenmeno de conduccin entre molculas adyacentes, pero la energa puede

transmitirse a otros puntos del espacio por movimiento del fluido.

Cuando el movimiento del fluido se debe a la existencia de fuerzas externasen la forma de diferencia de presin, este mecanismo se conoce con elnombre de conveccin forzada.

Cuando no se aplica ninguna fuerza externa al fluido, este se mueve comoconsecuencia de las diferencias de densidades de las partes de un fluido atemperaturas diferentes por estar junto a la superficie del slido; a estefenmeno se le conoce como conveccin libre.

Para poder evaluar la energa que se intercambia entre un fluido y un slido,ambos, a diferentes temperaturas medias, es necesario conocer un factorllamado coeficiente de pelcula en cuyo calculo estn basadas las teorasconcernientes a la conveccin.

La conveccin aporta una mayor energa en los pasos de los gases por elinterior de los tubos, que en la cmara de combustin.

La radiacin es una forma continua de intercambio de energa por medio de

ondas electromagnticas sin cambio en la temperatura del medio interpuesto entre

los dos cuerpos.

Gases de combustin

Zona de combustin


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La Radiacin. Esta forma de transferencia de calor es de gran importancia eneste tipo de aparatos trmicos debido a las altas temperaturas en los hogares o cmarasde combustin. Esto trae consigo que ms del 60% del calor se produce mayormente enla cmara de combustin.

)(. 44 rR TTAQ =

1. CALDERAS

1.1. DEFINICION DE CALDERAS

Las calderas de vapor son unos aparatos en los que se hace hervir agua lquidapara transformarlo en vapor. El calor necesario para calentar y vaporizar el

agua puede ser suministrado por un hogar, por gases calientes recuperados a lasalida de otro equipo industrial (horno, por ejemplo), por el fluido refrigeradorde una pila atmica, por irradiacin solar o por una corriente elctrica. Cuandoel calor es suministrado por un lquido caliente o por vapor que se condensa, sesuelen emplear otras denominaciones, tales como vaporizadory transformador devapor. El sinnimo generador de vapor se emplea de preferencia cuando se hablade calderas de una cierta importancia. Si la caldera propiamente dicha estconectada a otros, de los cuales unos calientan el agua (precalentadores de agua,economizadores) o el aire de combustin (precalentador de aire), y otrosrecalientan el vapor (recalentadores), suele denominarse el conjunto grupoevaporador, y la parte del grupo en que se produce la evaporacin se llama

vaporizador o haz vaporizador. Los aparatos que quitan su calor al fluidorefrigerador de un reactor nuclear (pila atmica), si bien constituyen verdaderosevaporadores o calderas en sentido amplio de la palabra, se denominannormalmente intercambiadores. Durante su funcionamiento, la caldera propiamentedicha est sometida interiormente a la presin de equilibrio del agua y de su vapor ala temperatura alcanzada. Los otros elementos del grupo recorridos por el liquido oel vapor, a partir de la bomba de alimentacin (economizador, recalentador), estnsometidos casi a la misma presin, pero la temperatura del fluido puede ser inferioro superior a la ebullicin.

La forma de las calderas de vapor ha evolucionado considerablemente y,

sobre todo, se ha diversificado, incluso si nos limitamos a considerar las calderas


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calentadas por hogares. Las primeras calderas consistan esencialmente enrecipientes cerrados, cuya parte inferior, llena de agua, estaba sometida a lairradiacin de un hogar o al contacto de gases calientes. Para obtener, adems,grandes superficies de contacto, se construyeron ms adelante calderas conhervidores, situados debajo del cuerpo cilndrico principal y conectado a ste

mediante conductos tubulares. Otro medio de aprovechar mejor el calorproducido en el hogar ha consistido en emplazar ste en el interior de la caldera,estando constituido por un cilindro de plancha, cuya superficie externa estenteramente baada por el agua.

1.2. CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS

Segn su Uso: Estacionarias Mviles (Locomotoras, marinas)

Segn los Materiales: Fuertes: acero especiales. Calefaccin: Hierro colado.

Segn el recorrido del fluido en losTubos:

Pirotubulares Acuotubulares

Segn el Combustible: Liquido Slido Gaseoso

Segn la Combustin: Fuego Nuclear Elctrica

Segn la energa producida: Baja (150 Tn/h)

Segn Forma y Posicin de losTubos:

Rectos Curvos Horizontales

Verticales Inclinados

Segn la Circulacin: Natural Forzada

TIPOS DE CALDERA

Acuotubular, lquido y vapor de agua circula dentro de los tubos.


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Pirotubular, el fuego y gases de la combustin circulan dentro de los tubos.

De espalda seca, tiene las tapas posteriores ( espejos) aislados con ladrillorefractario.

De espalda hmeda, tiene una cmara de agua en las tapas posteriores

De carbn, el combustible utilizado en el quemador es carbn bituminoso antractico.

De petrleo Bunker, el quemador utiliza petrleos residuales pesados medianteun precalentador que los fluidifica o adelgaza.

Marinos, son para embarcaciones, normalmente de espalda hmeda y/oacuotubulares, utilizadas para sistema de propulsin.

Bagaceros, cuando queman el bagazo de la caa de azcar combinado con algnotro tipo de combustible.

De vapor de Aceite, utilizan aceite en lugar de agua.

Duales, tienen quemadores que pueden trabajar con dos ms combustiblesdiferentes.

Verticales, la cmara de vapor tiene posicin vertical.

Horizontales, la cmara de vapor es horizontal.

En O acuotubular, tiene solo dos domos y has de tubos verticales.

En D acuotubular, que tiene tres domos y haz de tubos en forma similar a unaletra D.

En M acuotubular, con cuatro domos y dos hogares, uno saturado y otro de

vapor sobrecalentado. De baja Presin, cuando utiliza 30 Kg/cm2 de presin nominal de vapor.

De media Presin, cuando utiliza entre 30 y 300 Kg/cm2 de presin nominal devapor.

De alta Presin, cuando utiliza por arriba de 300 Kg/cm2 de presin nominal devapor.

Por el tiro, pueden ser de tiro natural, inducido forzado.

Caldera de Espalda Seca y Espalda Hmeda

Fondo Seco. Fondo Hmedo


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Caldera Acuotubular

Calderas Duales Diesel N2 y GLP


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Calderas de Vapor de Aceite

Calderas Horizontales de aplicacin Industrial


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Caldera Vertical


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Caldera Acuotubular en O

Caldera Acuotubular Tipo D


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Caldera Acuotubular tipo A


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Caldera Acuotubular tipo M


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1.3. USOS

1.3.1. CUADRO DE USOS

01 Hospitales

02 Baos Saunas

03 Universidades, Colegios grandes,

Clubes y Hoteles

04 Lavanderas

05 Tintoreras

06 Fabricas de Fideos

07 Fabrica de Galletas- Golosinas

08 Fabrica de Helados09 Conservas de Pescado

10 Camales

11 Industrias Avcolas

12 Fbricas de Pintura

13 Bases Militares

14 Fbricas de Gaseosas-Agua Mineral

15 Fbricas de Cerveza

16 Industrias Qumicas

17 Fabrica de Alimentos Balanceados

18 Fbricas de Aceites y Grasas

19 Refineras

20 Minera

21 Industrias Automotrices

22 Industrias de Caucho y Jebe

23 Laboratorios Farmacuticos

24 Industrias Textiles

25 Industrias Madereras

26 Fabricas de Equipos de Lnea Blanca

27 Fabricas de Ladrillos

28 Fabricas de Cemento

29 Embarcaciones-Cruceros

30 Industrias del Botn31 Hilanderas

32 Lanera

33 Fbrica de Papel

34 Fbrica de Envases Industriales

35 Fbrica de Embutidos

36 Fbrica de Levadura

37 Fbrica de Llantas

38 Fbrica de Cigarrillos

39 Fbrica Procesadores de Maz

40 Adhesivos Industriales

41 Industrias de la curtiembre

42 Industrias de la Naranja

43 Industrias de la Pulpa de frutas

1.3.2. APLICACIONES DEL VAPOR1.3.2. CONDENSACION:

Se puede aplicar el vapor aprovechando principalmente el calorque cede al condensarse, en las siguientes formas:

a. Calentamiento Indirecto

El vapor no entra en contacto con el fluido a procesar, ms bienlo realiza a travs de serpentines, intercambiadores de calor ychaquetas de vapor (marmitas, tanques de combustible residual,etc.).

b. Calentamiento directo


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Por medio de aplicaciones del vapor directamente sobre el fluidoa procesar (cocinado de pescado, etc.).

c. Calentamiento de Aire

Por medio de radiadores (intercambiador de calor), se calienta

aire para sistemas de calefaccin de ambientes o para secado deproductos.

1.3.2. APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA CINETICA DEVAPOR

La energa cintica del Vapor en su expansin es aprovechada en lasdiferentes aplicaciones y formas que se indican a continuacin.

a. Fuerza Motriz en Maquinas

Aprovechando la energa del vapor se puede mover Turbinas oBombas Alternativas. Turbinas acopladas a bombas, compresores,ventiladores.

b. Generacin de Vaco

La expansin del vapor genera vaco por medio de un eyector.

1.4. PARAMETROS INDUSTRIALES PARA LA SELECCIN DECALDERAS

1.4.1. DEFINICIONES PRELIMINARES

A. CARGA TERMICA (Q)

Es la cantidad de calor aprovechado por el agua hasta lograr suevaporacin y sobrecalentamiento a una temperatura indicada.

Para poder evaluarlo con rigurosidad se emplea el diagrama T- s, teniendo encuenta la condicin inicial y final del agua.

La forma ms prctica de evaluar la carga trmica de la caldera es mediante ladiferencia de la entalpa entre el estado final e inicial del agua expresadocomo:

= mhQ (BTU/hr, kW)

Donde:

m : Flujo de agua y/o produccin de vapor en (Kg/seg., lb/seg.)

h: Diferencias de entalpas vapor y lquido.


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El calor transferido es el sensible ms el latente

Donde entalpa de calentamiento: hsen

KJ/Kg)(186.4* eswsen TTTCh == (BTU/lb)

Se sabe tambin que:

(KJ/Kg)latsen hhh += (BTU/lb)

Donde:

Cw: Calor especifico del agua = 4.186 KJ/Kg. C

Ts: Temperatura de Saturacin

To: Temperatura Inicial

hfg: Entalpa de evaporacin a presin considerada (KJ/Kg.)

)( latseno

hhmQ += BTU/hr, kW, kcal./hr

B. VAPOR NORMAL (Vn)

Es la masa de vapor que se obtiene, con una cierta cantidad de calor,vaporizada desde 100C hasta 100C, es decir partiendo como lquidosaturado hasta llegar a vapor saturado a nivel del mar. Siendo el calorrequerido, o calor latente, por cada Kg. de agua 2 257 KJ/Kg.

C. FACTOR DE VAPORIZACION (f)

Se define como:

normalvapordeKg1de

generadovapordeKg1de

Entalpa

Entalpaf=

Por lo tanto se deduce que:

= mfVn

D. CAPACIDAD DE VAPORIZACION DE UNA CALDERA

Es la capacidad de un generador de vapor en kg/hr (lb/hr) indicando lapresin de trabajo y la temperatura de ingreso del agua. Pero como lascalderas trabajan a presiones diferentes unas con otras, as como temperaturas


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de ingreso de agua, surge como una forma de expresar la energa del equipoen HP de Caldero.

E. HP DEL CALDERO

La definicin ms aceptada para este concepto mediante la ASME(AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEER) de la siguientemanera:

Es la cantidad de calor necesaria que hay que suministrar para evaporar34.5 libras de agua por hora desde 212F a 212F

En trminos numricos esto equivale a:

1 BHP = 34 475 BTU/hr.

1 BHP = 9.81 KW

De esto se puede concluir que el HP DE CALDERA es una unidad decalor, por lo que puede existir diferente BHP segn la capacidad de lacaldera, dependiendo de la presin y de la temperatura del agua alingreso.

Tambin se emplea el BHP de caldero para designar el tamao de unacaldera en base a la superficie de calefaccin. Para ello, la ASMEteniendo en cuenta que las calderas en esa poca utilizaban la superficiede calefaccin de 5 pies2 para generar 34.5 lbs/hr de vapor.

F. EFICIENCIA TERMICA DE UNA CALDERA

Es el porcentaje de calor total suministrado por el combustible que escedido al agua, esto es: beneficio / gasto

%100*ecombustibldelEnerga

AguaalcedidoCalor

RPH

QEficiencia ==

Pero, tambin, podemos expresar el calor cedido al agua como:

oaislamientporPerdidas-ChimeneasporPerdidas-eCombustibldelEnerga=Q

Por lo tanto:

%100*1

+=

=

RP

ac

RP

acRP

H

PP

H

PPHEficiencia


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Donde:

HRP: Calor cedido por el combustible (poder calorfico del combustible)

Pc: Prdida de calor por la chimenea

Pa: Prdida de calor por el aislamiento

La eficiencia se encuentra afectada por:

Superficies de calefaccin sucias: incrustaciones u holln

Quemador con funcionamiento defectuoso: mala turbulencia enlos deflectores y difusores de aire, tobera o capa rotativadefectuosa o mala atomizacin del combustible.

Regulacin de la combustin con aire excesivo, denotado por unnivel alto de oxigeno entre los productos de la combustin.

Mal aislamiento trmico de la caldera o fugas de calor porempaquetaduras.

G. SUPERFICIE DE CALEFACCION

Segn reglamento oficial alemn, es el rea de la superficie medida dellado del fuego de las paredes expuestas, por un lado, o los gases quesirven para la calefaccin y por el otro, el contacto con el agua.

Segn ASME la superficie de calefaccin de la unidad generadora devapor es aquella parte de la superficie de transmisin de calor delaparato, expuesto por un lado a los gases y por otro el lquido que es

calentado, medida del lado que recibe el calor.El valor empleado para la superficie de calefaccin por cada BHP,actualmente flucta entre 3.5 pies2 por BHP para calderas verticales y de5 pies2 por BHP para calderas horizontales. El optar por considerar 5pies2 por BHP en calderas horizontales, nos permite lograr una largavida en proporcin o la capacidad a travs de esta superficie que serealiza la transferencia de calor.

1.4.2. SELECCIN DE UNA CALDERA PIROTUBULAR

1.4.2. FACTORES MS IMPORTANTES

A. REQUERIMIENTOS DE VAPOR

Capacidad

Presin

Calidad del vapor


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B. COMBUSTIBLE

B.1 IMPORTANCIA DE LA ELECCIN DE UN BUENCOMBUSTIBLE EN LAS CALDERAS

a) Los combustibles estn caracterizados por un poder calorfico (cantidadde Kcal/Kg. que suministran al quemarse), un grado de humedad y unosporcentajes de materias voltiles y de cenizas.

b) Estos datos son de gran utilidad para determinar las condicionesprcticas de la combustin, pero no son suficientes para estudiar el

mecanismo de las diferentes combinaciones qumicas.c) El anlisis qumico es quien permite distinguir los diferentes elementos

(puros) que constituyen el combustible. Estos elementos se puedenclasificar en dos grandes categoras:

Elementos activos, es decir: combinables qumicamente con elcomburente, cediendo calor. Son el carbono, hidrgeno, azufre, etc.

Elementos inertes, que no se combinan con el comburente y que pasarncomo tales a los residuos de la combustin. Son el agua, nitrgeno,

cenizas, etc.El objeto de la combustin, refirindonos a los hogares, es el deproporcionar una produccin de calor uniforme y regulada para sertransmitida a un medio que la absorba. Una de las cuestiones msimportantes es la de suministrar una cantidad exacta de oxgeno porunidad de masa del combustible para que se realice la combustincompleta.

Adems de la exactitud correcta de la mezcla aire-combustible, se debe darel tiempo necesario para que la mezcla sea intima para que el combustiblearda completamente; la temperatura del hogar debe ser tal que mantenga la

combustin. La mejor manera de estudiar la combustin en un hogar consiste

Presin

atmosfrica

1 bar 10 bar

110000CC 9999..6633cc 117799..9911cc


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en relacionarla directamente con el anlisis del combustible usado, para elclculo de la cantidad necesaria de aire y de 1os productos gaseososformados.

B.2 TEORIA DE LA COMBUSTIN. COMBUSTIN COMPLETA EINCOMPLETA

Denominamos aire mnimo o terico para la combustin a la cantidadestequiomtrica de este, necesaria para una combustin completa.

Consideremos un combustible (slido o lquido) formado por carbono,hidrogeno, oxgeno y azufre, siendo su composicin en tanto por uno en masa:

Cm Kg. de carbono/kg de combustible

2Hm Kg. de hidrogeno/kg de combustible

2O

m Kg. de oxgeno/kg de combustible

Sm Kg. de azufre/kg de combustible

De tal forma que se verifique:

=+++ SOHC mmmm 22 1kg. de combustible.

Teniendo en cuenta que las reacciones qumica de la combustin completason:

C O CO2 2+ , OHO2

1H 222 + , S O SO2 2+

Como la composicin media, en peso o gravimtrica, del aire esaproximadamente de 23% de oxgeno y 77% de nitrgeno, ovolumtricamente 21% de oxgeno y 79% de Nitrgeno; se debe tomar la

decisin del mtodo a emplear para obtener el porcentaje de aire autilizar, para combustibles slidos generalmente es la reaccingravimtrica y para lquidos y gases volumtrica.

Tener presente que en una combustin los gases salen formando loscompuestos arriba mencionados, as como el oxgeno excedente en lacombustin y el monxido de carbono (CO) y otros, los cuales se debenmedir con equipos ms exactos, y no obtenerlo por simple diferencia;que son los que arrojan los gases en toda combustin real con exceso odefecto de aire.

La combustin en una caldera se realiza con el fin de obtener energa, y es

obvio que para una mejor rentabilidad es preciso recuperar, del modo ms


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posible, la energa qumica contenida en el combustible. Esta energa qumicava a liberarse bajo la forma de calor en las reacciones de la combustin. Estecalor va a ser recuperado en la caldera para producir vapor y posteriormentesobrecalentarlo. La diferencia entre la energa contenida en el combustible, yla energa absorbida por el vapor constituye la energa perdida (calor

perdido). El rendimiento de la combustin es, pues, funcin de estas prdidas.Las causas de estas prdidas son numerosas.

C. CORRIENTE ELECTRICA

En el Per, el valor del voltaje es de 220V con una frecuencia de 60Hz


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1.4.3.ESTRUCTURA EXTERNA E INTERNA

1.4.3. PARTES IMPORTANTES DE UNA CALDERA PIROTUBULAR.


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A. PASOS DE UNA CALDERA.

B. EL HOGAR O CAMARA DE COMBUSTION

Lugar en el cual origina y se desarrolla la llama, generalmente estintegrado a la caldera.

El Flue o Cmara de Combustin es el elemento de ms y granimportancia en las Calderas Pirotubulares, pues desde aqu se transfiere lamayor parte de calor hacia el agua, por los tres mtodos descritos.

Respecto a la configuracin del Flue Horizontal segn el cdigo ASME PFT-15; esto puede ser de tres tipos:

a. Cilindro Liso

Conformado por las planchas roladas y soldadas en sus extremos a las

placas portatubos. Su superficie exterior es lisa.


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b. Tipo Adamson

Conformado por tramos cilndricos, pero unidos entre si en forma debridas soldadas.

c. Cilindro reforzado con anillosEs un cilindro liso pero con anillos soldados a lo largo de la superficieexterior del Flue

d. Cilindro Corrugado

La superficie del Flue es ondulada.

El empleo de algunos de estos tipos de Flue esta supeditado a lacapacidad de liberacin de calor (superficie) y a la presin de trabajo.

El tipo de Flue que se adopta menor a estos requerimientos es del tipo

corrugado, siendo la tendencia industrial actual de emplear este Flue encalderas de mayor capacidad, por su mayor superficie calefactora y encalderas de mayor presin, debido a que las ondulaciones sirven derefuerzo, permitiendo al Flue ser de mayor dimetro y debido a que lasondulaciones absorben esfuerzos trmicos de dilatacin

El Flue del tipo corrugado tiene el inconveniente respecto al Flue liso detener un proceso de fabricacin ms complicado y costoso.

C. LA CALDERA PROPIAMENTE DICHA

Compuesta de un cuerpo cilndrico de chapa de acero con dos tapasplanas, denominados placa-espejo. Dicho cilindro contiene undeterminado volumen de agua y vapor llamado Cmara de Agua yVapor, que recibe calor que le ceden los productos de la combustin atravs de las placas, tubos y cmara de combustin.

El agua que se vaporiza ocupa la parte superior del cuerpo cilndrico dela caldera. La interfase entre el estado lquido y vapor del agua sedenomina: SUPERFICIE DE DESENGANCHE (DisengagingSuperface).

La Altura a la que se ubica esta superficie de desenganche constituye elnivel del agua de la caldera, el agua nunca debe dejar al descubierto laspartes que se encuentran en contacto con la llama o con los gasescalientes por el peligro que ello entraa, el recalentamiento de las chapascon posibilidad de rotura y su consiguiente explosin.

El nivel de agua tambin determina la cmara de vapor, el cualconstituye el volumen de almacenamiento de vapor en la caldera ydepende del diseo del equipo. Un volumen alto significa el poderresponder mejor a las fluctuaciones de demanda de vapor, que con unacmara menor. As tambin el tener una cmara de vapor pequea

produce arrastre de lquido hacia la lnea de salida de vapor.


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D. EL CONDUCTO DE HUMOS O TUBOS DE FUEGO

Por donde los productos de la combustin salen del ltimo paso de tubos

para pasar a la chimenea. Dichos productos se mueven impulsados por eltiro que crea la chimenea o por medio de ventiladores (tiro forzado).

E. QUEMADOR

El cual produce la combustin del combustible con el aire, que libera laenerga correspondiente, estos existen para un solo tipo de combustibleo duales.

F. VALVULAS SOLENOIDESSon vlvulas accionadas electromagnticamente y gobernados por elprogramador, por lo que permiten o interrumpen el paso del combustible alquemador. Para quemadores de mayor capacidad y especialmente aquellas queemplean petrleo residual, se puede emplear dos vlvulas solenoide, siendo unode ellos la principal (vlvula permanentemente cerrada) y otra de retorno(vlvula permanentemente abierta).

La primera interrumpe o permite el paso de combustible al quemador y la otralo hace en la tubera de retorno de petrleo, est abierta antes del arranque delquemador, con el objeto de circular petrleo.

G. MOTOR MODUTROL

Se entiende por modulacin, a la regulacin de la cantidad de combustible aquemar en funcin de la carga del caldero (produccin del vapor) expresada entrmino de presin en ella. Debido a que es regulable la admisin de aire alquemador con el fin de obtener la relacin aire-combustible adecuada.

El motor modulador tiene la funcin de realizar el movimiento del sistemamecnico mediante varillas, que mueve la vlvula reguladora de combustible y ala vez mueve el registro de aire que ingresa a la combustin.

H. PROGRAMADORES

Cuando hablamos de programacin de la Operacin del sistema del quemador,queremos decir que los motores, ventiladores, encendido y vlvula decombustible deben ser energizadas solo cuando haya necesidad y en la secuenciaapropiada.

Cuando se apaga el sistema en forma normal o porque ha habido una falla deflama, estos componentes tambin deben ser energizados en la secuenciaapropiada, para prevenir que el combustible se acumule en la cmara de

combustin, lo cual podra ser causa de una condicin peligrosa.


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Cuando el botn de arranque es presionado o un control automtico es llamado paracalentar, algo debe asegurar que el quemador reciba combustible y pueda realizar elencendido en el tiempo apropiado.

Debe suministrarse energa para arrancar, abrir vlvulas y permitir elencendido.

Y si algn componente muestra que el sistema es peligroso este Algo debe

parar la secuencia y apagar el sistema del quemador. Este Algo quien debeejecutar todo este trabajo es el sistema de seguridad de la flama .

Este sistema de seguridad de flama debe distinguir la diferencia entre una flama deseguridad, una flama peligrosa y algo que no es exactamente una flama pero quetiene algunas de las caractersticas de las flamas (por ejemplo refractario caliente) yesto debe ser hecho con bastante rapidez y bastante exactitud, o el resultado puedetraer como consecuencia un mal trabajo de la flama; sin esta habilidad el sistema deseguridad de flama sera peor que inservible, la cual sera completamente peligroso.

Este sistema de seguridad puede realizar tambin otras tareas, tales como lapurga, sonar la alarma, pero su principal funcin es garantizar una operacinsegura.

Para realizar esto, no solamente debe sentirse la presencia o ausencia de una flamasatisfactoria, sino controlar totalmente la secuencia de operacin de todos loscomponentes del sistema del quemador en orden apropiado,

El sistema de seguridad de flama se debe chequear de posibles fallas en cadaarranque.

Bsicamente est compuesto por:

1. Relay de Flama, energizado por accin sensora de fotoceldas llamadasistemas de seguridad de flama.

2. Relay Maestro, compuesto por mltiples contactos que energizan en elmomento necesario los arrancadores de los motores principales de la caldera

3. Timer, es un motor sincrnico que acciona un eje de levas quealternadamente y en su momento oportuno cierra los circuitos de:

a. Pre-purga

b. Encendido Piloto

c. Encendido Principal

d. Modulacin de alto y bajo fuego

e. Post Purga

I. SISTEMA DE ALIMENTACION Y DESCARGA.

ELECTROBOMBA DE ALIMENTACIN DE AGUA

La funcin de la bomba de alimentacin de agua, consiste en tomar el agua yaablandada e introducirla a presin de caldera, venciendo la resistencia que seopone a su flujo. Tener presente:


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a. La diferencia de altura entre la succin y el punto de descarga alcaldero.

b. La friccin que le opone las tuberas, vlvulas y accesorios instalados enla succin y descarga.

c. La presin existente en el interior del caldero.

De todas estas resistencias, la mayor es la contrapresin dentro del caldero, siendonecesario pues que la bomba descargue el agua al caldero a una presin algo superiora dicha diferencia de presiones la cual depende de la presin de trabajo del caldero.Adems su capacidad de alimentacin debe ser alrededor de los 14 GPM/100 BHP ydeben operar en lo posible con agua blanda caliente, a una temperatura no mayor de180 F y una carga hidrulica positiva total no menor de 23 pulg.

Las bombas de alimentacin de agua vienen accionadas generalmente por medio demotores elctricos a pruebas de salpicaduras y goteo de agua para proteger el

bobinado elctrico, la tubera de succin debe ser absolutamente vertical y del menorrecorrido como sea posible, evitando curvas y codos.

Si la lnea de succin es mayor de 50 pies, la tubera debe ser por lo menos unamedida mayor que el dimetro del orificio de succin de la bomba y no presentarsifones que pueden dar lugar a bolsillas de aire. Para eliminar trozos de grasas encalderas nuevas hay que hacerle hervir sin la tapa superior de registro, habiendoaadido al caldero 1litro de soda custica/ 5 BHP.

a. TUBERAS DE AGUA DE ALIMENTACIN

Debe tener como mnimo 3/4 pulg de dimetro, la calidad del material por lo

menos Acero calidad A-53 sin costura cuyo esfuerzo de tensin mnimo oscilaentre 48 000 a 60 000 PSI. Este tubo alimentador debe estar provisto de unavlvula de retencin cerca de la caldera y una vlvula de compuerta entre lavlvula de retencin y la caldera.

Es por lo menos indispensable que una caldera posee dos medios dealimentacin, uno de ellos podra ser un inyector.

En ningn caso se debe de alimentar la caldera directamente con el servicio deagua potable

b. LINEA DE DESCARGA DE VAPOR

Toda salida para descarga de vapor, excepto las conexiones de vlvulas deseguridad o de supercalentadores, estar equipado con una vlvula de cierrecuyo mecanismo sea de funcionamiento lento, colocado en un punto accesible dela tubera de entrega de vapor y tan prximo a la caldera como sea factible yconveniente.

Las tuberas para vapor deben cumplir con especificaciones para materiales deAcero calidad ASTM 53.

Cuando fuertes pulsaciones de flujo de vapor provoquen vibraciones en laplancha del casco, se emplearn receptculo de vapor en los tubos maestros(juntas de expansin).


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En los casos de que haya dos ms calderas las cuales deben estar conectadas aun colector de vapor, cada una de las tuberas, estarn previstas de vlvulas decierre y de vlvulas automticas sin retorno.

En ningn caso se permite el empotramiento de la tubera de vapor en piso o paredes,ya que est impedir la libre dilatacin de estas, no obstante si fuese necesario sepodran colocar en canales recubiertas con rejillas y en aquellos casos en que latubera tenga que atravesar paredes o muros, se debe proveer de mangas quepermitan el libre movimiento de la tubera en este sitio.

Para la seleccin del espesor de la tubera de vapor ASA da la siguientefrmula:

CPS

DPt e +

=

6.02

*

Donde: t: Espesor mnimo de la pared del tubo (pulg.)

P: Presin de trabajo (PSI)De: Dimetro exterior (pulg.)

S: Esfuerzo de diseo depende de la temperatura (PSI)

C: Espesor Adicional por Corrosin:

C = 0.05 pulg para tuberas menores o iguales a 1 pulg dedimetro

C = 0.065 pulg para tuberas iguales o mayores de 1 pulg dedimetro

Adems se recomienda que todas las tuberas de vapor, incluyendo sus vlvulasy conexiones, estn cubiertas por aislante, lana de vidrio de preferencia tipomedio caa para evitar fugas de calor.

J. LINEA DE PURGA

Toda caldera deber estar equipado con una o ms salidas de desage en elpunto ms bajo del casco (purga de fondo), destinadas a las purgas yextracciones sistemticas de sedimentos.

En las tuberas de purga conectadas a estas salidas, se debe evitar la colocacin en

exceso de codos, en especial los de 90, ya que esto hace que en el flujo se formenturbulencia, la cual impide la libre salida de partculas slidas por la lnea dedescarga, siendo indispensables en estos casos la colocacin de codos de 45.

El dimetro de la tubera de purga de fondo entre la caldera y la vlvula depurga ser cuando menos igual al prescrito para tuberas de alimentacin,calidad del material minino el ASTMA53, la lnea de purga estar provista dedos vlvulas, uno de funcionamiento lento, y otro de funcionamiento rpido.

En las conexiones de vlvulas, en la lnea de purga no se deben colocar vlvulasque tengan diques o bolsas donde se acumulen sedimentos. No est permitidoen ningn caso el vaciado directo a la red de alcantarillado de la purga de la

caldera como tambin la purga del cristal del nivel, la purga de agua de


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condensacin, la purga de espumas en el nivel, ni la de los escapes de vapor, conel fin de evitar la produccin de vaco o de sobre presin en esas redes.

Entre la caldera y la red de alcantarillado debe haber un tanque de purga, elcual es necesario cuando no hay un lugar abierto disponible, dentro del cual lapurga de las calderas se puede descargar sin peligro de accidente o dao a lapropiedad.

K. COLUMNA DE NIVEL-CONTROL DE NIVEL

La funcin del control de nivel es de mantener el nivel de agua de la caldera,arrancando la bomba cuando el nivel baja y apagando la bomba cuando llene deagua al lmite superior, otra funcin es de controlar el arranque o parada delquemador y hacer sonar una alarma; cuando el nivel de agua baja a un puntoinadmisible, el quemador se apaga y suena una alarma, y que se apague cuandoel nivel sube al punto que restablece el circuito del quemador.

Tipos de Controles de Nivela.- Tipo Flotador

Aqu la variacin de nivel de un flotador, mueve unos colectores elctricosconectados a la bomba de agua y control del quemador. Este tipo es el msempleado.

Pueden ser de dos clases:

De accin mecnica, mediante un brazo y fuelle

De accin magntica, por medio de un imn permanente conectada con

el flotador que al desplazarse empuja magnticamente o un metal conectadoa los contactos elctricos de la bomba y quemador.

En su cuerpo se instalan vlvulas purgadoras de aire (tricats)

b.- Tipos Electrodos

Este tipo se basa en el principio de conduccin elctrica de agua de la caldera.Aqu se aplica un voltaje (normalmente de 300 VAC) pero de muy bajapotencia, logrado por medio de un transformador, a electrodos de cobre cuyosde extremos puedan o no estar haciendo contacto con el agua, en cuyo caso

cerrarn o no un determinado circuito elctrico por medio de un relay transformador.

c.- Tipo Modulante

Este tipo de control sirve para regular el ingreso continuo de agua a la caldera,para mantener un nivel sin variacin. Se usa mayormente en calderasacuotubulares y no es muy aplicado para controlar el quemador.

El control de nivel ms usado en nuestro medio es el de boya con accionamientomecnico. El principio de funcionamiento de este instrumento consiste en una

columna de agua con flotador o boya en su interior, cuyo movimiento acciona o


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un par de bulbos de vidrio de mercurio que es el que conecta o desconecta losbordes del circuito elctrico adecuado. Este control posee generalmente dostubos, siendo uno de ellos para el control de la bomba y el otro para el corte delcircuito del quemador y accionamiento de la alarma. Como control de nivelauxiliar se utiliza el tipo electrodo.

L. CONTROL DE PRESIN-PRESOSTATO

Sirve para limitar la presin mxima de la caldera. Esta limitacin se haceinterrumpiendo el circuito del quemador cuando la caldera alcanza su presinmxima; as mismo este instrumento restablece el circuito del quemadorcuando la presin de la caldera baja a un punto menor que la presin de trabajo(previa regulacin).

El principio de funcionamiento consiste en un fuelle que se desplaza con la variacinde la presin, a este movimiento se opone un resorte que equilibra la presin. Eldesplazamiento del fuelle se transmite a un bulbo de mercurio que conecta odesconecta el circuito del quemador.

La calibracin o ajuste de este control se realiza comprimiendo o descomprimiendoel resorte para la presin mxima del lmite por medio de un tornillo de ajuste,tambin es posible ajustar la presin a la cual el circuito del quemador se conectar aldescender la presin de la caldera, por medio de una escala diferencial.

Paralelamente a este control automtico se instala un control visual de presindenominado manmetro.

M. Vlvulas De Seguridad

La vlvula de seguridad tiene la gran importancia de evitar sobrepresiones en la

caldera causados accidentalmente, que podran traer consigo consecuenciasmuy graves.

Principalmente consisten en vlvulas que se abren automticamente cuando lapresin de la caldera excede la presin mxima admisible, para descargar el vapor almedio ambiente aliviando la presin de la caldera y as evitar la falla de losmateriales y/o instrumentos.

Bsicamente estn compuestas por un resorte que se opone al efecto de la presin dela caldera el cual mantiene cerrado la vlvula hasta que la presin de la calderavenza al resorte comprimindolo y as dejando salir el vapor para aliviar la presin.

El cdigo ASME en su apartado PG-67, indica que toda caldera debe tener por

lo menos una vlvula de seguridad (lado del vapor) o vlvula de alivio (lado delagua), pero si la caldera es ms de 50 BHP deber tener dos mas vlvulas deseguridad.

Estas vlvulas de seguridad deben estar reguladas para descargar toda lacantidad de vapor producida por la caldera sin que la presin se eleve ms del6% de la presin establecida por la vlvula y en ningn caso exceder el 6% dela mxima presin admisible de la caldera.

Este cdigo tambin establece que una o mas vlvulas de seguridad deben serestablecidas a una presin igual o menor a la mxima admisible y la otravlvula no deber ser regulada a ms del 3% en exceso a la mxima presin

admisible de la caldera.


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1.4.3. CODIGO ASME

Es una sociedad subsidiada por el Gobierno Norteamericano donde se realizan unaserie de ensayos o pruebas con todo lo relacionado a la Ingeniera Mecnica, y

obtenindose como resultados conclusiones importantsimas para la Ingeniera.Estas conclusiones son dadas como normas Internacionales a travs de su cdigoASME. Manual al cual se deben basar todos los Ingenieros Mecnicos.

ASME ha emitido el documento denominado ASME BOILER AND PRESSUREVESSEL CODE que consta de 9 secciones muy importantes las cuales son:

Seccin I - Calderas de Potencia

Seccin II - Especificaciones de Materiales

Seccin III - Calderas NuclearesSeccin IV - Calderas de Calentamiento

Seccin V al VIII - Recipientes a Presin

Seccin IX - Calificacin de Soldaduras

CODIGO ASME. DESIGNACIONES DEL NUMERO SA

Los nmeros SA, tales como SA-178, de los tubos de caldera de acero al carbonosoldado por resistencia elctrica, se usan en las distintas sesiones del cdigo ASMEde caleras para mostrar la especificacin admisible del material para diferentescomponentes de una caldera o recipiente a presin.

Se suministran a continuacin unas pocas definiciones que son apropiadas al revisarlos requisitos del cdigo ASME de calderas.

Recubrimiento es todo material aplicado sobre un tubo de acero paraaumentar su resistencia a la corrosin, pero que no contribuye a la resistenciadel tubo para soportar la presin interna segn las normas del cdigo.

Calidad del hogar (o caja de llamas) es un acero que es adecuado parautilizacin en recipientes a presin que estar expuesto a llama o calor y porello capaz de resistir las tensiones trmicas y mecnicas resultantes.

Calidad de calderas(o bridas) es un acero para utilizacin en recipientes apresin que no estn expuestos al fuego o calor radiante. Se requieren unafabricacin especial, pruebas y marcas del acero como calidad de calderas.

Carga o colada de acero es el acero producido de una misma carga o coladade horno y consiguientemente idntico en sus propiedades.

Aceros resistentes al calorson aquellos aceros calificados y apropiados parael servicio a altas temperaturas porque conservan la mayor parte de suresistencia y aguantan o soportan la oxidacin a estas temperaturas.


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Aceros calmados es una acero al que se le han aadido suficientes agentesdesoxidantes en su fabricacin para evitar la evolucin de gases durante lasolidificacin y as reducir la posibilidad de porosidad en el acero.

Acero mermado en caliente es el metal que es o se vuelve frgil a elevadatemperaturas.

Aceros maraging son un grupo de aceros martenisticos de alto contenido ennquel, que tiene una elevada resistencia y ductilidad.

Test de McQuaid-Ehn es una prueba utilizada para revelar el tamao delgrano de un acero calentndolo por encima de su rango en un mediocarbonoso. Esto obliga al grano a mostrarse claramente cuando es pulido,tratando con agua fuerte.

Requisitos del material segn el cdigo ASME.

Deben seguirse por el fabricante o reparador ciertos procedimientos para estarseguros de que solamente se usan materiales especificados segn la normativade construccin de calderas. Se debe de implementar un procedimiento decontrol de calidad para asegurarse de que se utilizan material segn el cdigo.Estos controles son los siguientes:

1. El material a utilizar para una caldera o recipiente a presin debeespecificarse en la seccin del cdigo bajo el cual se construye lacaldera lo recipiente a presin.

2. El fabricante de la caldera o recipiente a presin generalmentepide materiales segn el cdigo a las acereras. El laminador de

las chapas es responsable de efectuar las pruebas necesarias segnlas especificaciones de cdigo ASME de calderas y recipientes depresin.

3. Los requisitos de las Seccin II del cdigo ASME, que el fabricanteacerista debe haber realizado:

a. Anlisis qumico del acero para determinar si esta dentrode los limites de las especificaciones del cdigo .

b. Pruebas para determinar si las estructuras metalrgicasdel grano esta dentro de los lmites de las especificacionesdel cdigo.

c. Inspeccin de tubos para notar si existe defectos comosopladuras, escorias, escamaciones, laminaciones ocualquiera imperfeccin que queda estar presente, y, si loest, si cae dentro de los limites o tolerancias especificadasen el cdigo.

d. Pruebas de tensin o doblado (flexin) especificaciones enel cdigo para controlar si caen dentro de los limites de susespecificaciones.

e. Pruebas de impacto para comprobar la fatiga o tensin de

rotura.


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f. Informe de laminacin demostrando que el materialcumple las especificaciones; esto debe certificarse por lapersona responsable del laboratorio de pruebas delfabricantes del acero.

La caja de acero para toda parte o pieza de caldera sometida a presin yexpuesta al fuego y/o a productos de combustin debe ser de la calidad delhogar o caja de fuego. Algunos aceros de calidad del hogar o caja de fuegoson de acero al carbono-silicio, especificaciones SA-201, o aceros alcromo-magnesio-silicio, SA-202 y/o acero al molibdeno, SA-204.

Los tubos tubulados pueden estar hechos de aceros al horno elctrico, ncleoabierto, horno bsico al oxigeno o cido desoxido segn el proceso Bessemerde acuerdo a especificaciones normalizadas.

Es importante comprobar la seccin del cdigo con la que se construye unacaldera por recipiente a presin y se estampa o graba como objeto del Cdigopara anotar si el material de una pieza esta permitido con esa seccin por elcdigo ASME o normativa equivalente. Si la presin no excede de 250 psi.(17.5kg/cm2) y la temperatura no sobrepasa los 450F (232C) puede usarsela fundicin gris SA-278 para piezas de calderas como conexiones de tubo,columnas de agua y vlvulas o sus bonetes. El hierro fundido no puedeutilizarse para toberas o bridas para ninguna presin ni temperatura,no se aplica a las calderas de baja presin.

Las misma pieza a presin enumeradas para fundicin puede fabricarse enfundicin maleable (hierro maleable) tipo SA-395, excepto si la presin estalimitada a un mximo de 350 psi y la temperatura a 450F.

El espesor de chapa es de (6.35mm) para cualquier chapa sometida a

presin. Una excepcin la constituyen las calderas miniaturas de construccinsin soldadura donde el espesor mnimo de chapa puede ser de 3/16

(4.76mm). El espesor mnimo de pared tubular es de 3/8 (9.5mm), exceptoen calderas miniaturas donde es de 5/16 (7.94mm). El material de la chapaoriginal debe ser no mas de 0.01 (0.254mm) ms delgado que el requerido

por la formula utilizada para calcular su resistencia, supuesto que la toleranciade fabricacin.

1.5. PARAMETROS INDUSTRIALES PARA LA CONSTRUCCIN DECALDERAS PIROTUBULARES

1.5.1. MATERIALES EMPLEADOS EN LA FABRICACIN DECALDERAS PIROTUBULARES


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La ASME en sus acpites PG5 al PG9, determina los materiales a usar segnla aplicacin de la caldera o la parte de ella a fabricar, as se puede mencionara los siguientes:

A. Para Cmara de Fuego, Casco y Placa

Material Denominacin

SA.202 Planchas de acero al cromo-manganeso-silicio, para calderas yrecipientes a presin

SA.203 Planchas de acero al Nquel para calderas y recipientes a presin.

SA.285 Planchas de Acero al carbono, de bajo o intermedia resistencia para cajade fuego y para bridas.

SA.299 Planchas de acero al Carbono-manganeso-silicio, de alta resistencia para

Calderas y recipientes a presin

SA.515 Planchas de Acero al carbono, de resistencia intermedia, para calderassoldadas a fusin u otros recipientes o presin de media o altatemperatura.

B. Para Tubos de Fuego y Tuberas de la Caldera

Material Denominacin

SA.53 Tuberas de acero con o sin costura, para conduccin.

SA.105 Acero forjado para fabricacin de bridas y conexiones.

SA.106 Tuberas de acero al carbono sin costura para servicio de altatemperatura.

SA.178 Tubos de acero al carbono electrosoldado para Caldera. Es el mismo queel ASTM 178

SA.192 Tubos de Acero para caldera sin costura para servicio de alta presin igual al

ASTM 192.

SA.209 Tubos de acero al carbono-molibdeno, para calderas ySobrecalentadotes.

SA.226 Tubos de acero al carbono electrosoldados, para calderas ySobrecalentadotes de alta presin.

1.5.2. PROCESO DE FABRICACIN DE LA CALDERA

PIROTUBULAR


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Como se menciono anteriormente, la seleccin de estos elementos se harempleando el cdigo ASME ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL

CODE SECTION 1 POWER BOILERS. El diseo de estos elementosconsistir principalmente en la determinacin de sus espesores, obtenidos abase de formulas experimentales planteadas por el ASME, los que estn enfuncin de la mxima presin de trabajo admisible.

Las calderas Pirotubulares por tratarse de un recipiente a presin, sometido apresin y temperatura, deben tenerse especial cuidado en elegir el material yproceso adecuado. Adems se recomienda considerar el diseo cilndrico puesasegura la eliminacin de acumulaciones de sedimentos y puntos calientes.

I. LAS PLACAS PORTATUBOSESPEJOS

Estos elementos por ser de tipo plano, son los que ms resisten el esfuerzode la caldera, siendo tambin las que ms se deforman luego de cierto

perodo de trabajo.Estos elementos se unen con todas las otras partes del recipiente a presin:casco, cmaras de combustin y tubos.

Las placas se conforman partiendo de planchas planas, cortadas en formacircular externa e internamente, mediante oxicorte con su respectivo bisel desoldaduras para su posterior unin con el casco y cmara de combustin.

Luego de cortadas y biseladas en ellas se traza las posiciones de lasperforaciones, donde se alojarn los extremos de los tubos, para su posteriortaladrado.

La operacin de taladrado de placas se realiza en un taladro radial, colocandouna placa encima de la otra para que las perforaciones en ambas placas seancoincidentes.

El dimetro de las perforaciones deber ser adecuado a los tubos a emplear, conla tolerancia y redondez adecuada.

Esta caracterstica se logra con el proceso final de limado, debiendo quedar lamedida final de la perforacin en valor diametral mayor que el dimetroexterior del tubo entre el 20% y 60% del espesor del tubo.

Segn cdigo ASME recomienda los siguientes dimetros de Caldera deacuerdo a la potencia de la misma:

Potencia Dimetro

(BHP) (Pulgadas)

De 20 a 60 - 42

De 60 a 100 - 48

De 100 a 150 - 60

De 150 a 225 - 64

De 225 a 350 - 76


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45

De 350 a 400 - 82

De 400 a 600 - 88

De 600 a 700 - 96

De 700 a 800 - 112

El cdigo ASME para Calderas, plantea las recomendaciones de clculopara placas reforzadas con tirantes. El artculo PG-46 del cdigo, tratasobre espesores de placa requerida por una determinada presinadmisible, influyendo tambin el espaciamiento entre los tirantes o paso.En este artculo se plantea mediante una ecuacin que, para una mismapresin, a menor espesor de placa el espaciamiento entre refuerzos debeser menor, o que para un mismo espesor, a menor espaciamiento detirantes la placa soportar mayor presin.

Expresando esto con la siguiente ecuacin:

2

2 *

p

CTP= (Psig)

Donde:

T: Espesor de la placa requerida, expresada en 16avos de pulgadas.

P: Mxima presin de trabajo admisible (PSIG)

p: Mximo paso medido entre los centros de dos tirantes adyacentes en laplaca, esta distancia puede ser en forma vertical, horizontal o diagonalen pulg.

C: Constante que vara segn el tipo de tirante.

El artculo PFT-26 recomienda, para Calderos Pirotubulares un valor C= 135 con el fin de hallar un mximo espaciamiento o paso.

Asimismo el artculo PFT-26.5, expresa que para tirantes diagonalessoldados en calderas horizontales del tipo escocesa, el paso mximopuede ser ms de 8 1/2 pero en ningn caso exceder 15 veces el valordel dimetro del tirante.

Tener presente segn cdigo ASME seccin I PFT-9 el mnimo espesor paralas placas portatubos est limitado tambin por su dimetro de acuerdo a lasiguiente tabla:

Dimetro de la placa (pulg) Espesor mnimo (pulg)

Hasta 36 1/4

De 36 a 54 5/16

De 54 a 72 3/8

Ms de 72 1/2


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Posteriormente con la distribucin de los tubos se recalcular para ver si detodas maneras necesita refuerzos.

II. EL HOGAR O CAMARA DE COMBUSTION

Es importante mencionar que la cmara de combustin o Flue seconforman de planchas planas, las mismas que son curvadas o roladas enfro para luego ser soldadas.

La cmara de combustin debe confeccionarse con una adecuada tolerancia deredondez a fin de poderse unir satisfactoriamente con las placas espejos. Serecomienda como una forma prctica que la desviacin diametral de esta parteno debe exceder a una vez el espesor de ella, pero siempre se debe considerar laholgura necesaria para el posterior trabajo de soldadura., garantizando unabuena unin.

Para el caso en que el Flue sea liso, el cdigo ASME la norma PFT-15

establece los espesores del Flue en funcin de la presin admisible y eldimetro exterior. Cuando el espesor del Flue es menor o igual que 0.023veces el dimetro del Flue se puede plantear la siguiente ecuacin, es decir:

023.0/ Dt3

710

=

oD

tP , psig

Y cuando el espesor del Flue es mayor que 0.023 veces el dimetroexterior del Flue: 023.0/ >Dt , se plantea:

275-17300

=

oD

tP , psig

Donde:

P: Presin de trabajo mximo admisible o de diseo (PSIG)

t: espesor del Flue (pulg.)

Do: dimetro exterior del Flue (pulg.)

De las normas ASME aplicaremos ciertas aplicaciones adicionales, las cualesmencionaremos a continuacin:

A) PARA CALCULAR LA LONGITUD CIRCUNFERENCIAL DELFLUE SE PROCEDE A:

Lcf=DM

Donde:

Lcf= Longitud circunferencial

DM = Dimetro medio del Flue = Dot


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47

B) PARA FLUE U HOGAR CON ANILLOS REFORZADOS

Para el caso del Flue reforzado con anillos la norma PFT-17 del cdigoexplica las reglas para el clculo de este tipo.

En la figura (d) se muestra las caractersticas constructivas de este Flue.Para todos los clculos de este flue se tiene, a la figura la siguientenomenclatura en la figura (d)

Do : Dimetro exterior del Flue liso (pulg.)

t : Espesor mnimo requerido para el Flue (pulg.)

L : Longitud del diseo del Flue anillado. Tomado como la mnimadistancia entre centros de anillos reforzados adyacentes o ladistancia entre el centro del anillo de refuerzo con el centro de lasoldadura de unin del Flue con la placa (pulg.)

P : Presin de trabajo mxima admisible (PSIG)

Fig. (d) Detalles constructivos del flue u hogar reforzado con anillos.

Las condiciones a cumplir, previas al clculo son:

Espesor del anillo: Tr

5/16 Tr 13/16

Tr 1.25tRelacin altura-espesor del anillo: Hr/Tr

3 Hr/Tr 8

Los pasos a seguir para las dimensiones del Flue son:

a. Se asume el valor de t y L, se determina las relaciones L/Do y Do/t.

b. En la figura (7.3- e) con el valor de L/Do interceptar horizontalmente

con la curva Do/t.


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c. Desde este punto interceptar verticalmente con la curva de latemperatura.

d. Desde este ltimo punto, interceptar horizontalmente hasta hallar elvalor del factor B.

e. Comparar el valor de Pa calculada con el de P. Si Pa es menor,seleccionar un espesor de Flue t ms grande o un valor menor de Lcon el fin de incrementar Pa hasta que sea igual o mayor que P.

f. Se calcula el valor de la presin admisible Pa resultante segn:

/'

to

DBPa= (psig)

Cuando se halla cumplido los requisitos de la presin, se sigue con losrequisitos del momento de inercia de la seccin del anillo que es unrectngulo Hr x Tr.

El momento de inercia requerido Is del anillo circunferencial debe sermenor que I calculado segn:

)(pulg14

*)(**4

2A

L

AtLD

I

so

s

+=

Dnde:

Is: Momento de Inercia requerido del anillo de refuerzo respecto a su ejeneutro paralelo al eje del Flue (pulg4).

As: rea seccional del anillo de refuerzo (pulg2)

A: Factor obtenido en la figura (7.3 - e)


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Figura (e).

PFT-17 Chart for determining wall thickness of ring-reinforced furnaceswhen constructed of carbon steel (specified yield strength 30,000 to 38,000 psi)


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Para comparar el momento de inercia del anillo de refuerzo determinadoanteriormente, se siguen los siguientes pasos:

a. Tenindose conocido Do, L, t seleccionar Hr y Tr, calcular el rea

As : (As = Hr x Tr.) y determinar su momento de inercia I:

( 3HrTr x12

1=I ), Luego calcular el factor B, factor del

lado derecho del baco de la Fig. (e) de la siguiente manera:

L

At

DPB

s

o

+=

*

b. En el baco de la Fig. (e) interceptar horizontalmente el valor deB calculado con la curva de la temperatura.

c. Bajar verticalmente desde este punto hasta la escala del factor A yhallarlo.

d. Evaluar el momento de inercia requerida Is segn la formulaanterior

e. Si Is calculado en el paso (d) es menor que I calculado en el paso

(a) la seccin del anillo asumido es correcta, pero si no lo es,seleccionar otros valores de Hr y Tr hasta que Is


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C = 17300 para corrugaciones no mayores que 8 de centro a

centro y profundidad no menor de 2 .

C = 14000 para corrugaciones no mayores que 8 de centro a

centro y profundidad no menor de 1 1/2.

C = 10000 para corrugaciones no mayores que 18 de centro acentro y profundidad no menor de 1 1/2 y apropiadopara Flues hechos mediante roblonado.

III. TUBOS DE FUEGO

El cdigo ASME en su artculo PFT-12 establece los requerimientos para elespesor del tubo en funcin de su dimetro exterior, obtenindose comoresultado la mxima presin de trabajo admisible.

Se debe tambin conocer que la fijacin de los tubos se hace de diversas

formas, siendo la forma ms usada en calderas Pirotubulares de presin dehasta 300 PSI el emplear el expandido mecnico (en fro) mediante unaherramienta especial que abre el extremo del tubo hasta ajustarlo contra elborde de la perforacin en la placa-espejo. Generalmente al proceso deexpandir le sigue el rebordeado del extremo del tubo para asegurar unamejor unin.

Esto se practica mayormente en el extremo del tubo correspondiente a lacmara de combustin.

Tambin es usado en las calderas, la unin soldada del tubo en la placa, sobretodo en la placa posterior (lado contiguo a la cmara de combustin).

Adems la tabla PFT-12.1 del Cdigo ASME expone las mximas presiones detrabajo en funcin del dimetro del tubo y su espesor.

Esta separacin debe de bordear el Flue; y puede ser recta o con lneasquebradas.

Adems tener presente que en el caldero existirn dos zonas bienmarcadas, la zona inferior o de lquido y la zona superior o de vapor; laaltura diametral de la cmara de vapor y se recomienda que est en elrango del (15 al 35) % del dimetro interior del casco o dimetro de laplaca portatubo (DO).


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Tabla N 1

IV. TIRANTES DE REFUERZO EN PLACAS PORTATUBOS

Las placas estn sujetando a los tubos para lo cual estas poseen agujeros alos que se fijan los tubos, ya sea por medio de soldaduras o por expansin,por lo que los tubos tambin sirven de tirantes en la zona inferior de lasplacas portatubos; luego existe una zona libre en su parte superiordenominado zona de cmara de vapor.

En esta zona libre de tubos, es prctica casi general el colocar refuerzospara contrarrestar la ausencia de tubos.

Estos refuerzos pueden ser perfiles estructurales unidos a las placas,tirantes de seccin circular que van de placa a placa (a manera de tubo) otirantes diagonales que conectan la placa con el casco.

Estas uniones pueden ser remachadas, roscadas o soldadas, siendo estaultima modalidad la ms empleada actualmente. En la Fig. (f) se muestranlas formas de reforzar las placas de la caldera.

El articulo PFT-30.2 del cdigo ASME indica la exigencia o no de usarrefuerzos en la placa portatubos; indicando que se debe emplearnecesariamente refuerzos si la distancia entre bordes de tubos excede almximo paso p calculado; segn el artculo PG-46 que dice:

2

2

p

CTP

=


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Figura (f)

Formas de reforzar las placas de la caldera

Donde:

T: Espesor de la placa requerida, expresada en 16avos de pulgadas.

P: Mxima presin de trabajo admisible (PSIG)


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p: Mximo paso medido entre los centros de dos tirantes adyacentes en la placa,esta distancia puede ser en forma vertical, horizontal o diagonal en pulg.

C: Constante que vara segn el tipo de tirante.

El criterio para la no exigencia de refuerzos en una placa portatubos, establece

que si todas las distancias radiales, en el caso de la caldera, comprendida entrelas superficies interior del casco y una recta tangente a dos tubos (o el Flue conun tubo) son menores que 1.5 veces el valor del paso p obtenido segn elartculo PG-46, con C = 112; la placa no necesita tirantes.

La explicacin de la distancia de la tangente se explica grficamente en la figura (g)

Esto se resume de la siguiente manera:

Si y 1.5p entonces no necesita tirantes.

Figura (g). Criterios para conocer la necesidad de tirantes en la caldera

El artculo PFT-31.2 de este cdigo, establece que para placas planas, norebordeadas o embridadas, el rea a reforzar esta delimitada por el bordeexterior de la placa, en la parte superior y una lnea que pasa 2 pulg encima delborde superior de la primera fila de tubos.

En la figura (h) se muestra este criterio.

Segn el artculo PFT-31.3.2 el rea neta a ser reforzada se determinar por lasiguiente frmula:


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55

)(pulg608.023

)2(4 22/12

=H

DHA ic

Donde:

A: rea a ser reforzada (pulg2)

H: Distancia de los tubos al casco

Dic: Dimetro interior del casco (D ic)

La fuerza totalmente absorbida por lo refuerzos Ft es: Ft = A x P

Entonces el rea de la seccin (a) considerando a los tirantes como rectos es:

))(( Dtt

t

Sn

F

a=Donde:

a : rea de la seccin del tirante considerado como recto, pulg.2

Ft : Fuerza total soportado por los tirantes, lb.

nt : Numero de tirantes a colocar.

SDt: Esfuerzo de diseo del tirante = 6000 PSI.

Como los tirantes a utilizar son diagonales, esta rea (a) tiene que corregirse deacuerdo al ngulo de inclinacin del tirante respecto a la generatriz del casco.Segn esto el rea transversal final del tirante es At que segn el artculo PFT-32.1 del Cdigo se determina:

cos

aA

l

LaA tt =

= , pues

L

l=cos , ver figura (f)

En esta ecuacin:

At: rea seccional del tirante (pulg.2)

a: rea seccional del tirante calculado como recto (pulg.2)

L: Longitud del tirante diagonal (pulg.)

l : Proyeccin del tirante diagonal sobre el casco (pulg.)

: Angulo de inclinacin del tirante respecto al casco.


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Figura (h) rea a ser reforzada por los tirantes

Figura (i) disposicin de los tirantes en el casco

V. CASCOEs importante mencionar que el casco se conforma de planchas planas, lasmismas que son curvadas o roladas en fro, para luego ser soldados.

Debe confeccionarse con una adecuada tolerancia de redondez a fin de poderseunir satisfactoriamente con las placas-espejos.

Se recomienda como una forma prctica que la desviacin diametral de estaparte no deba exceder a una vez el espesor de ella, pero siempre se debeconsiderar la holgura necesaria para el posterior trabajo de soldaduragarantizando una buena unin.


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En el acpite PG-27 del cdigo ASME trata sobre componentes cilndricosa presin, la norma PG-27.2.3.1 plantea las siguientes ecuaciones:

Para espesores t hasta 1/2:

PES

RPt

6.08.0 =

tR

tESP

6.08.0

+=

Para espesores t mayores de 1/2:

1.0)1(

+

=

PyES

RPt

)1.0)(1(

)1.0(

+

=tyR

tESP

Donde:

t : Espesor mnimo recomendado (pulg.)

P : Presin mxima admisible (psig)

R : Radio interior del cilindro (pulg)

S : Mxima tensin admisible del material (psi)

E : Eficiencia de la unin (adimensional)

y : Coeficiente de temperatura (adimensional)

Tener presente las siguientes notas de referencia segn PG-27.4 del cdigoASME para realizar los clculos correspondientes.

NOTAS:

1:Valores de E

E = 1.00 para cilindros sin costura

E =1.00 para juntas soldadas previendo refuerzos en toda la juntalongitudinal.

E = 0.90 para juntas soldadas sin refuerzo en la junta longitudinal.

E = Eficiencias para ligamentos entre aperturas segn PG-53 2:

En los tubos para seleccionar el valor de S, la temperatura detrabajo del metal no puede ser tomado menor que la temperaturamedia (temperatura exterior ms temperatura interior sobre dos) locual no debe tomarse menor de 700F.

3:

y: coeficiente que toma los siguientes valores:


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Temperatura F

900 ymenos

950 1000 1050 1100 1150 yms

Acero Ferrtico (y) 0.4 0.5 0.7 0.7 0.7 0.7

Acero Austnico (y) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.7

Otros valores de y deben ser hallados por interpolacin.

Para materiales no ferroso: y = 0.4

4:

La magnitud de tolerancia del fabricante debe ser tomado en cuenta,despus que el espesor mnimo haya sido obtenido por la frmula, estemnimo espesor deber incrementarse en una magnitud tal quecontemple esta tolerancia de manufactura.

5:

Cuando se calcula la mxima presin para un espesor ya establecido losvalores obtenidos por las frmulas pueden redondearse a la unidad de 10ms cercano superiormente.

6:

La mxima presin admisible P no necesita incluir la carga hidrostticacuando se usa en esta frmula.

Donde S se obtiene de la tabla PG-23.1 tomando el material Acero al Carbonocalidad ASTM 285 C vamos a dicha tabla y comprobamos que para unatemperatura de 700F, S equivale a 13 300 PSI.

Adems E ser igual a 1.00 obtenido de la nota de referencia N 1de PG-27.4


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Tabla N2 Factor de evaporizacin

V. A. Clculo de la longitud circunferencial del casco: Lc

Lc= (D - tc) pulg.Donde:

D: dimetro interior del casco; pulg.

tc: espesor del casco; pulg.

V. B. Longitud Longitudinal total del casco: L

Considerando que el caldero a disear es de 3 pasos y con cmara secaposteriormente, se recomienda en forma prctica para permitir unabuena circulacin de los gases de combustin que la profundidad en laparte posterior (PP) entre placa portatubo posterior y tapa posteriordebe ser mayor al 23% del dimetro interior del casco y la profundidaden la parte delantera (PD) entre placa portatubo delantera y tapadelantera debe de ser mayor del 14% del dimetro interior del casco.

L = PD + 2ep + Lp + PP

Donde:

ep : espesor de las placas portatubos; pulg.

Lp : longitud entre placas; pulg.


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Figura (j) Detalle de longitud longitudinal del casco: L

Figura (i) detalle de longitud longitudinal del flue: LL

V.C. Calculo de la longitud longitudinal del flue: LL

El flue debe de sobresalir como recomendacin 2 en la parte delantera (FD)

para montar y desmontar las tapas delanteras sin necesidad de quitar elquemador. En la parte posterior para cmara seca debe sobresalir comomnimo , tamao del espesor FP


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1.4.5. PARMETROS INDUSTRIALES PARA LA CONSTRUCCIN-PARTE MECNICA II

1.4.5.1. COPLES SOLDABLES

Teniendo presente que la caldera es un generador de vapor a presin tenemosque tener presente que constar de coples para la instalacin de lneas tanto desalidas como de entradas de fluidos, es as que para nuestros casosnecesitaremos:

1. PARA SALIDA DE VAPOR:

Que es el fluido generado en el caldero y que luego se descargar de este.

Sabiendo que segn cdigo ASME que las velocidades de fluido varancon su presin, recomiendan la siguiente tabla:

De 0 a 50 psig. : Velocidad de 4000 a 6000 pies/min

De 50 a 199 psig.: Velocidad de 600 a 10000 pies/min

De 200 psig a ms: Velocidad de 7000 a 12000 pies/min

Con estos datos obtendremos el dimetro del cople de la salida de vapor,mediante la siguiente ecuacin sabiendo que:

o

m =v

AV

Donde:

om : Flujo de vapor a la presin de diseo; lb/hr.

V: velocidad de tabla; pies/min

v: volumen especfico del vapor; pie3/lb.

A: rea del cople (pulg2)

Adems

4

2DA

=

Donde:

D: dimetro interior de la copla (pulg.)

De la tabla (2) comprobamos el factor de evaporacin.


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A. BAFFLE INTERNAMENTE AL COPLE DE LA SALIDA DE VAPOR

rea del cople = N x rea del aguajero del baffle

Donde:

N = Nmero de agujeros del baffle

=

44

22d

ND

Donde:

D : Dimetro del cople

d : Dimetro del agujero del baffle

D2 = Nd2 2/1

1

=N

Dd

B. BAFLE PARA AGUA DE ALIMENTACIN

El agua lquida es el fluido con que se alimentar la caldera, y que alrecibir calor se convertir en vapor. Por lo tanto obtendremos el mismoflujo de agua a ingresar a la caldera de la siguiente ecuacin:

vm=

VDonde:

V : Flujo volumtrico de agua

om : Flujo msico de agua mnima

v : volumen especfico

Adems sabiendo que:

V

o

VA= ; Donde V: velocidad del agua

Se recomienda que el flujo que ingresa a la caldera debe ser el doble o eltriple del flujo mnimo

Tener presente que para calderas el cdigo ASME recomienda que elcople mnimo para la lnea de agua de alimentacin debe ser de pulg.

C. COPLA PARA AGUA DE ALIMENTACIN (Opcional)


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La copla seleccionada anteriormente servir para la alimentacin de aguamediante una electrobomba para agua.

Adems se recomienda que para evitar el constante funcionamiento de laelectrobomba, se instale un inyector de agua para el cual necesitamos instalarotro cople de la misma caracterstica que el anterior.

Nota:

Se recomienda que a los calderos mayores de 80 BHP se les instaleobligatoriamente un inyector para alimentar de agua al caldero como auxilio ala electrobomba.

D. COPLA PARA VLVULA DE SEGURIDAD

Como un sistema de seguridad mecnico se recomienda instalar una o varias

vlvulas de seguridad que como mnimo descarguen la misma cantidad de librasde vapor /Hr que se generar en la caldera.

E. COPLA PARA PURGA DE ESPUMA

Si en el lmite entre el agua y vapor tiende a producirse espuma, lo cual puedeser arrastrada por el vapor a la hora que este se descarga de la caldera,originando que dicho vapor no salga seco sino que arrastre humedad, serecomienda purgar cada cierto tiempo esta espuma, como mnimo debe ser 1de dimetro soldable.

F. COPLA PARA PURGA DE FONDO

Debido a que en el caldero se van a precipitar sedimentos caliche, serecomienda eliminarlos mediante purgadas en la parte ms inferior de lacaldera por tal motivo se recomienda instalar como mnimo un cople que sea el25% o mayor en cuanto a la capacidad del cople de la alimentacin de agua,mnimo de 1 de dimetro soldable.

Nota:

Para calderas mayores de 80 BHP se recomienda instalar dos coples para purgade fondo.

G. PARA INSTALACIN DE LA COLUMNA DE NIVEL

Estos controles tienen dos conexiones de 1 pulg de dimetro.

H. COPLA PARA TEMPERATURA DE CHIMENEA

El colocar un termmetro en la chimenea es para poder comprobar si latemperatura de los gases o la salida de la chimenea es mayor a la temperatura


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de roco de dichos gases lo cual hay que controlar, generalmente es de dedimetro soldable con rosca.

1.5. LA CHIMENEAS

La fuente generadora de calor nos los proporciona la combustin de loscombustibles los cuale

3.1 Diseno de Calderas Industriales Indice i

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