VAPORIZADORES (CLADERAS, CALDERINES Y HERVIDORES)
INTRODUCION:
Una de las partes importantes para el funcionamiento de una
industria son las maquinarias, ya que ellas se encargan de aumentar y acelerar
los procedimientos, perfeccionan los trabajos, extienden el consumo y
satisfacen muchas necesidades, como en el caso de los vaporizadores o calderas.
Los cuales son equipos de transferencia de calor con cambio de fase los cuales
son ocupados ampliamente en la industria, mediante la transferencia de calor
permite evaporar una corriente de procesos.
Transferencia de calor._ Se ha referido al calor como una forma de energía de
tránsito. Siempre que exista una diferencia de temperaturas entre dos cuerpos o
entre dos porciones de un mismo cuerpo, se dice que el calor fluye en una
dirección de mayor a menor temperatura. Hay tres métodos fundamentales mediante
los cuales ocurre este intercambio de calor: Conducción, convección, y
radiación.
Además, podemos encontrar Intercambiadores de calor, el cual se puede definir como un equipo de transferencia de calor empleado en procesos químicos con la finalidad de intercambiar temperaturas entre dos corrientes de un proceso.
Dentro de los intercambiadores de calor según su tipo de servicio se
pueden encontrar:
Vaporizadores:
Shield (1979) expuso varios conceptos básicos acerca de los
generadores de vapor, los cuales son instalaciones industriales diseñadas para
convertir agua líquida en vapor a partir del intercambio térmico entre el agua
y una fuente de alto contenido calórico, la cual puede ser gases de combustión
u otro fluido. Este vapor se destina a una gran variedad de aplicaciones, entre
las que se encuentran la producción de energía eléctrica y el calentamiento en
procesos industriales.
Los generadores de vapor más conocidos son: Los hervidores,
los calderines y las calderas, ellos pueden ser de muchas formas y tamaños
determinados por los requerimientos del usuario y las limitaciones de espacio.
Cuando se selecciona una caldera se deben considerar los siguientes parámetros:
- Flujo másico de vapor requerido.
- Presión, temperatura, calidad del vapor requerido.
- Futuros requerimientos en la planta.
- Localización.
- Características de la carga.
- Tipos de combustibles disponibles.
- Diseño de quemadores.
- Calidad del agua de alimentación.
- Variaciones previstas de la carga.
La producción de una caldera se da frecuentemente en kilogramos de vapor por hora, pero dado que el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energía, aquel sistema no mide exactamente la energía producida. De este modo, la capacidad de una caldera de vapor se expresa concretamente en forma del calor total transmitido por las superficies de intercambio en kJ/h.
La producción en kg/h
normalmente se expresa en kg de vapor a la temperatura y presión de diseño de
la caldera, también llamada capacidad nominal correspondiente al nivel de
producción donde la caldera trabaja con mayor eficiencia.
También llamada
“la botella de líquido” y su función es la siguiente:
- Alimenta la válvula de expansión de manera permanente con la ayuda del tubo interno sumergible
- Es un compensador de líquido, alimenta la válvula de manera permanente
- Es un buen recuperador de líquido en caso de intervención
Dentro de las diferentes partes que conforman una caldera industrial, tenemos:
- Quemador de una Caldera: Elemento de una caldera encargado de quemar el combustible.
- Hogar o Cámara de Combustión: Es la parte de la caldera donde se quema el combustible y se encuentran las temperaturas más altas.
- El Circuito de Humos de una Caldera: Su característica principal es la de conducir los humos que producen en la combustión hacia la caja de humos.
- Caja de Humo de una Caldera: Es la parte de la caldera donde confluyen los humos que después salen hacia el exterior por la chimenea.
- Retorno de Agua de una Caldera: Es la toma por donde retorna el agua que viene de los radiadores o el acumulador.
- Salida de Agua de una Caldera: Es la toma por donde el agua es enviada a la instalación una vez ha entrado en la caldera y se ha calentado.
- Circuito
de Agua de una Caldera: Es la parte de la caldera por donde el agua
circula mientras se calienta al absorber el calor que es transmitido por
radiación, conducción y convección.
· Partes de una Caldera de Calefacción o de Gasoil.
Caldera Pirotubular:
Carga una
capacidad de líquido suficiente para mantener un buen funcionamiento de la
instalación. Cuando el
grupo está en marcha el tubo está totalmente sobre presión lo que permite al
líquido de salir hacia la válvula de expansión pasando por el filtro secador
sin ningún problema.
Por flujo a través de los tubos._ Según esta clasificación hay dos clases generalizadas de calderas: pirotubulares y acuotubulares.
Calderas pirotubulares:
Severns y Miles (1974) expusieron que son las calderas que están dotadas de
tubos rodeados de agua y a través de cuyo interior pasan los gases de la
combustión. Estos tubos están instalados normalmente en la parte inferior de un
calderín sencillo o un casco, por debajo del nivel de agua. La generación de
vapor de alta presión es una de las mayores limitantes de este tipo de
calderas.
Las calderas pirotubulares, generalmente, son utilizadas
para capacidades de hasta 50.000 lb/h y presiones hasta 300 psig. Sin embargo,
una presión de 250 psig y una producción hasta de 25.000 lb/h son consideradas
los topes prácticos para este tipo de calderas.
Calderas
acuotubulares: En este tipo de
calderas, los tubos contienen en su interior el vapor y/o el agua líquida,
mientras que el fuego y los gases de combustión son aplicados en la superficie
exterior de los mismos, lo que hace que pueda utilizarse cualquier tipo de
combustible dependiendo del tipo de parrilla utilizada. Una caldera acuotubular
consta básicamente de calderines y de tubos.
Los tubos a
través de los cuales circula el agua líquida y el vapor generado están fuera de
los calderines, estos son utilizados solo para almacenar agua líquida y vapor,
por lo que pueden ser mucho más pequeños en diámetro que el calderín de una
caldera pirotubular y pueden soportar mayores presiones.
Calderas a circulación natural:
Es la de empleo más común y donde la circulación está asegurada por la
diferencia de peso específico que existe entre la columna ascendente
constituida por una mezcla de líquido-vapor, y la columna descendente de
líquido.
Calderas a circulación forzada: Este tipo de calderas utilizan bombas de múltiple etapa que permiten aumentar notablemente la producción de vapor de calderas, instalando pantallas de tubos en la cámara de combustión. Este dispositivo garantiza una protección eficaz de los refractarios que constituyen las paredes de la cámara de combustión. Otra ventaja de las pantallas tubulares es la de aumentar de modo sensible el rendimiento térmico de las viejas calderas.
Por el tiro en el hogar._ Annaratone (1985) explica que el tiro se refiere a las corrientes que circulan por la caldera y que posibilitan la circulación tanto del aire como de gases de combustión. Estas corrientes pueden ser creadas por la acción de inyectores de aire, vapor o mediante ventiladores centrífugos que se conocen como tiro mecánico, el cual se requiere cuando deba mantenerse un determinado tiro.
De tiro natural: El tiro natural se produce por la diferencia de densidades, provocado por la temperatura en la chimenea donde hay gran cantidad de gases de combustión a una temperatura elevada. Debido a que la presión externa es mayor que la interna, se genera que, por existir diferencia de densidades y al ser la altura la misma, el aire del exterior quiera entrar produciendo el tiro natural. Este tipo de tiro en caldera es muy clásico, pero solo utilizado actualmente en casas.
De hogar presurizado: Estos generadores de vapor son llamados así porque tienen la presión positiva en la cámara de combustión. Pueden venir equipados con sólo un ventilador o, en el caso de unidades grandes, dos ventiladores de presión tanto para transportar el aire de una manera más racional, como para reducir la potencia de cada ventilador. De este modo, se puede operar los ventiladores al 50 o 60% de la potencia máxima, obteniendo un respaldo en caso de fallo de un ventilador.
De hogar equilibrado o en depresión: Cuando el hogar de la caldera forma gases de combustión en un tiempo menor es necesario utilizar ventiladores que induzcan los gases a la chimenea. Esto es lo que se conoce como sistema de tiro inducido, el cual se consigue con un ventilador de chorro o con un ventilador centrifugo colocado entre la chimenea y la caldera. El tiro inducido reduce la presión de los gases de combustión por debajo de la presión atmosférica y descarga los mismos a la chimenea con una presión positiva.
El
elemento más crítico del diseño de un hervidor es la selección del tipo
adecuado de hervidor para un servicio específico. La mayoría de los hervidores
son del tipo intercambiador de calor de carcasa y tubos y normalmente se utiliza vapor como
fuente de calor en dichos hervidores. Sin embargo, se pueden usar otros fluidos de transferencia de calor como
aceite caliente o Dowtherm (TM).
Rehervidores tipo
hervidor: son muy sencillos y
fiables. Pueden requerir bombear el líquido del fondo de la columna
al hervidor, o puede haber suficiente altura del liquido para
llevar el líquido al hervidor. En este tipo, el vapor fluye a través del haz de
tubos y sale como condensado.
Rehervidores de
termosifón: estos no requieren bombear el líquido del fondo de la
columna al hervidor. La circulación natural se obtiene utilizando la diferencia
de densidad entre el líquido del fondo de la
columna de entrada del hervidor y la mezcla de líquido-vapor de salida del
hervidor para proporcionar suficiente altura de líquido para llevar los fondos
de la torre al hervidor.
Rehervidores de
circulación forzada: Un
hervidor de circulación forzada utiliza una bomba para
hacer circular el líquido del fondo de la columna a través de los hervidores.
Esto es útil si el calderín debe ubicarse lejos de la columna o si el producto
del fondo es extremadamente viscoso.
Las principales aplicaciones de las calderas de vapor se encuentran en el sector agropecuario y la industria agroalimentaria, el sector textil, el sector químico, la industria del papel y el caucho; el sector de la arcilla, el vidrio y el hormigón; y el sector servicios.
De forma específica, las calderas de vapor se usan para el
procesamiento de carne y la fabricación de salchichas; el acabado o
revestimiento de hilados textiles, tejidos o artículos textiles confeccionados;
la producción de productos de química orgánica; la producción de celulosa y
papel; la producción de cristal o la producción de calor en hoteles o
lavanderías, entre otros muchos usos.
Los vaporizadores son equipos de transferencia de calor que están destinados para convertir un líquido en vapor, y a esto se le puede dar gran variedad de aplicaciones como la producción de energía eléctrica o en calentamiento de procesos industriales.
De entre estos vaporizadores podemos reconocer a los servidores calderones y calderas, los cuales se pueden encontrar en diferentes formas y tamaños para los diferentes requerimientos qué pueden necesitar una empresa industrial.
Se puede concluir que de entre todos
estos equipos de transferencia de calor que podemos encontrar en el sector industrial,
son importantes ya que se pueden realizar aplicaciones o técnicas como vacío de
materiales.
REFERENCIAS
ASFAHL, R. (2000). SEGURIDAD INDUSTRIAL. MEXICO.
COMESAÑA,
P. (2005). MANUAL TECNICO PARA INSTALADOR DE MAQUINAS INDUSTRIALES .
ESPAÑA.
MARGARITA
ALBA GONZALES, A. S. (1999). ANALISIS DE RIESGOS DEL TRATAMIENTO DEL AGUA
PARA CALDERA . BOGOTA .
SANZ,
M. P. (2018). MANUAL PRACTICO DEL OPERADOR . ESPAÑA.
SEVERMS,
W. H. (2020). LA PRODUCCION DE ENERGIA MEDIANTE VAPOR, AIRE O GAS .
MEXICO: REVERTE .
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