Calderas y generadores de vapor Una caldera es un intercambiador de calor en el que la energía se aporta generalmente por un proceso de combustión, o también por el calor contenido en un gas que circula a través de ella. En ambos casos, el calor aportado se transmite a un fuido, generalmente agua, que se vaporiza o no (segn la temperatura y presión de dise!o", y se transporta a un equipo consumidor, en el que se cede esa energía. #egn por donde discurran los $umos de combustión y por dónde lo $aga el agua, las calderas se clasi%can en& 'irotubulares, o de tubos de $umos #egn que el combustible sea carbón o un combustible líquido o gaseoso la orma de los $ogares varían pero, en ambos tipos, los gases de combustión son obligados a pasar por el interior de unos tubos que se encuentran sumergidos sumergidos en el interior de una masa de agua. )odo )odo el con*unto, con*unto, agua y tubos de gases, gases, se encuentra encuentra rodeado rodeado por por una carcasa e+terior. e+terior. os gases calientes al circular por los tubos ceden el calor sensible, el cual se transmite a través del tubo pasando al agua, que se calienta, al mismo tiempo que la parte del agua m-s pró+ima a los tubos se vaporiza. a presión de traba*o no e+cede de /0g1cm y la m-+ima producción de vapor suele ser del orden de 2t1$. En unción del combustible, se distinguen dos tipos de calderas pirotubulares& Calderas pirotubulares de carbón. as calderas dise!adas para quemar carbón tienen un $ogar amplio donde, por lo tanto, se originan pérdidas importantes de calor por convección y radiación, siendo imprescindible un buen aislamiento en el $ogar. Estas calderas se pueden utilizar también para la combustión de otros combustibles sólidos. Calderas pirotubulares para combustibles líquidos o gaseosos3. #e dierencian, b-sicamente, de la anteriores en el tama!o y1o la situación del $ogar. 4 su vez pueden ser de dos tipos& 5e $ogar integral& El combustible quemado es líquido o gas, por lo que se obtiene una llama alargada por la parte ba*a del $ogar, que es muc$o m-s peque!o que en las calderas de carbón. Compacta con tubo $ogar& En estas calderas e+iste un tubo central sumergido en el agua, el cual $ace de $ogar. os gases de combustión ceden calor a este tubo por radiación. 'osteriormente son obligados a pasar por el resto de los tubos menores que también est-n sumergidos en agua. 4cuotubulares, o de tubos de agua 6ormalmente en la industria se utilizan las calderas de vapor acuotubulares uncionando a presiones ineriores a 780g1cm y temperaturas ineriores a 829:C.
a dierencia principal entre este tipo de calderas y las pirotubulares es el modo en que circulan los fuidos por el interior. En el caso de las acuotubulares, es el agua o la mezcla agua;vapor la que circula por el interior de los tubos, circulando los gases entre éstos y la carcasa e+terior. En las calderas pirotubulares ocurre al contrario.
99t1$, se pueden distinguir dos tipos& Calderas acuotubulares compactas Construidas totalmente en talleres y enviadas como un bloque al lugar de utilización. 'ueden suministrarse para quemar combustibles líquidos o gaseosos. 6ecesitan poco alba!ilería. #e dierencian dos tipos& 5e $ogar integral peque!as ($asta 79t1$" y de $ogar integral grandes ($asta 99t1$" Calderas acuotubulares no compactas Estas calderas son montadas en obra. #e dierencian dos tipos& 5e tubos rectos y de tubos curvados Componentes de una caldera a estructura real de una caldera depender- muc$o del tipo que sea. 6o obstante, de orma general, podemos describir las siguientes partes& ?uemador& sirve para mezclar el combustible con aire y quemarlo.
Dentilación& Una entrada insu%ciente de aire e+terior puede empobrecer el contenido de o+ígeno en el aire comburente, y disminuir la e%ciencia de la combustión. @antener los $uecos, o re*illas de entrada libres y limpios. C$imeneas& E+traer periódicamente los $ollines depositados generalmente en su base, que pueden obstruir parcialmente la salida de $umos, infuyendo negativamente en el tiro y, por tanto, en la combustión. 4dem-s, el $ollín contiene restos de azure que en contacto con el agua de lluvia puede producir -cido sulrico que corroe las paredes met-licas. Condensaciones en los $umos& mpedir que las temperaturas de entrada de los fuidos a los economizadores o recuperadores de calor descienda por deba*o del punto de rocío del an$ídrido suluroso1sulrico de los $umos (apro+. >=9:C", para impedir su condensación y ormación de -cido sulrico. ncrustaciones en las super%cies de intercambio de calor& Deri%car sistem-ticamente la buena calidad del agua de alimentación y, sobre todo, del agua de caldera. as incrustaciones en estas super%cies di%cultan la transmisión de calor a través de ellas disminuyendo sensiblemente el rendimiento. 'uede llegar incluso, a ormarse una capa tan gruesa, que impida la rerigeración de los tubos o, lo que es peor, del $ogar ondulado en las calderas pirotubulares, originando su rotura o aplastamiento. Buncionamiento correcto de los quemadores, prestando especial atención a los siguientes aspectos& Comprobar que la pulverización se realiza correctamente con los combustibles líquidos. Deri%car y limpiar sistem-ticamente las cabezas de pulverización mec-nica, o asistida, o por centriugación. #eguir meticulosamente las instrucciones del abricante para situar e+actamente los elementos en su posición correcta, manteniendo las distancias prescritas. 5e no ser así, se provocan encendidos deectuosos, combustiones incompletas y, como consecuencia, descenso del rendimiento. Aegulación y control de los sistemas comprobando su buen uncionamiento, especialmente en lo concerniente a& Caudales, temperaturas y presiones de los combustibles. Caudales, temperaturas y presiones del agua de alimentación. Caudales, temperaturas y presiones del vapor, o del agua sobrecalentada que genera la caldera. Dalores de consigna y bandas de actuación de los distintos sistemas. 4ctuación correcta de las protecciones y elementos de seguridad mec-nicos y eléctricos. Aevisión y comprobación de unción de cuadros eléctricos. normación complementaria sobre Feneración de Dapor.
Emplear aire enriquecido y precalentado para me*orar la cinética del proceso y el balance térmico. Emplear o+ígeno puro como comburente para minimizar el volumen de gases de combustión. Aecuperar los efuentes valiosos y aprovec$ar térmicamente el carbono y el monó+ido de carbono para producir, mediante su combustión, vapor para proceso. 4coplar el $orno con el resto del proceso, utilizando su energía residual en etapas que consumen energías de calidad decreciente. Utilizar quemadores recuperativos o regenerativos. 4limentación Evitar una e+cesiva $umedad en el producto a tratar sec-ndolo antes de su introducción al $orno mediante gases residuales u otras energías semidegradadas. Estudiar el almacenamiento de las materias primas, evitando, para las que capten -cilmente $umedad, tiempos prolongados a la intemperie. @e*orar el proceso químico y el intercambio térmico mediante la utilización de materias primas con granulometrías adecuadas. Utilizar materiales semielaborados procedentes de procesos en los que se obtienen con una e%cacia térmica mayor, que la que se consigue en el proceso principal. Utilizar undentes con el %n de reba*ar la temperatura de operación. Combustión ptimizar la combustión utilizando equipos de an-lisis de gases y regul-ndola autom-ticamente. Utilización de combustibles precalentados. )raba*ar a una temperatura de llama tan pró+ima a la teórica como sea posible. Efuentes 6o rerigerar, o no de*ar enriar, los productos intermedios que posteriormente deban ser calentados. a temperatura de salida de gases y productos m-s adecuada es la necesaria para la etapa siguiente. #i la temperatura de los efuentes es mayor que la requerida, pueden utilizarse para precalentar la carga, el aire de combustión, el combustible, utiliz-ndolo en otra parte del mismo proceso o instalar una caldera de recuperación. #i la temperatura de los gases de calentamiento es m-s alta de la requerida, recircular parte de los gases efuentes para disminuir el e+ceso de aire, limitando la temperatura en la c-mara de combustión y aumentando la velocidad del gas en las zonas de precaleacción y caleacción. @antenimiento y pérdidas 'rogramar el mantenimiento preventivo para evitar paradas imprevistas. Calcular el empleo óptimo de los aislantes para evitar temperaturas de pared e+cesivas. Eliminar la visión desde el e+terior de las zonas ro*as del $orno con el %n de cortar pérdidas por radiación. Utilizar el calor de las rerigeraciones para usos diversos, tales como caleacción, vaporización al vacío, etc. 4cortar el tiempo de las paradas, evitando perder todo el calor acumulado en los $ornos. #ecaderos industriales
Buncionamiento y tipos a desecación de un producto consiste en eliminar total o parcialmente los líquidos que lo impregnan. 6ormalmente se re%ere al agua, pero es e+tensible a otros líquidos como alco$ol o éter. a $umedad en un producto puede estar simplemente ad$erida (super%cial", llenar los poros (capilar" o impregnar toda la masa (constitucional". a desecación puede ser natural, dependiendo de las condiciones ambientales y, por tanto de e%cacia variable, y arti%cial, en cuyo caso puede realizarse de las siguientes maneras& 5e orma mec-nica, mediante prensado, aspiración, centriugado o %ltración. 'or procesos ísico;químicos en los que la $umedad es absorbida por sustancias $igroscópicas (absorbentes de $umedad". )érmicamente con aire o gases, que arrastran la $umedad evaporada. )érmicamente sin aire, mediante la evaporación en autoclave, a vacío o por calentamiento dieléctrico. #ólo en las dos ltimas ormas son aplicables secaderos industriales. #e denominan secaderos a los equipos que eliminan, o reducen el contenido en líquido de un producto, utilizando energía calorí%ca. as partes b-sicas de un secadero son& > H del consumo total de ésta. os secaderos son equipos e+tremadamente variables en orma y componentes, dependiendo de la aplicación especí%ca a que se destine. os distintos tipos de secaderos son& #ecaderos por conducción. #on típicos de la industria papelera, donde la banda de papel $medo se seca por contacto con la super%cie e+terior de un cilindro $ueco en cuyo interior se condensa vapor de agua. #ecaderos por convección. 'ueden ser de convección natural al aire, pero son muc$o m-s recuentes los secaderos de convección orzada utiliz-ndose como fuido caliente los $umos procedentes de una combustión o aire calentado eléctricamente o por otros medios. 5e gases calientes& pueden ser de varios tipos, entre los que destacan& )ipo tambor giratorioG de lec$o fuidizadoG a través de una mufa ($orno" que los calienta, y fuidiza las partículas sólidas a secar, que se introducen por arriba desde una tolva y son descargadas por la parte inerior. 5e aire caliente. 'ueden adoptar multitud de ormas entre las que destacan& #ecaderos a presión atmosérica (Estuas de secado, 4rmarios de secado,
#ecaderos de toberas, Canales de secado, #ecaderos de bande*as anulares"G )ipo fas$& en los que el producto es transportado neum-ticamente por un fuido que acta simult-neamente como transportador y como agente de secado. Est-n constituidos por un tubo elevador vertical en el que la corriente de aire caliente va de aba*o a arriba, arrastrando el producto a secar en orma de grano %no, que se separa luego con uno o varios ciclones. #ecaderos por radiación. El producto es sometido a radiación, operando normalmente en continuo y con radiación inrarro*a. #ecaderos combinados. En ellos, el secado se realiza por dos o m-s de las ormas de transerencia de calor antes citadas. #ecaderos de vacío. Aeducen la temperatura de evaporación del agua mediante la operación a presión reducida (vacío". #on especialmente indicados para operaciones de lio%lización. #u uso es necesario cuando& El producto a secar no admite pr-cticamente calentamiento y se requiere rapidez en el proceso. #e opera a la presión de vapor correspondiente a la m-+ima temperatura que admita el producto. #e intenta recuperar el líquido que eliminamos del producto por su valor u otra circunstancia, condens-ndolo a la salida. a substancia a desecar se descompone en presencia del aire. #ecaderos de alta recuencia, por dielectricidad. El calentamiento y desecación se produce al someter al cuerpo a una corriente eléctrica que genera calor por eecto Ioule. E%ciencia en secaderos Aecuperadores directos Con muc$os productos no es posible uncionar con temperaturas altas del aire a la entrada del secadero porque se deteriorarían. En estos casos, la e%ciencia térmica se puede incrementar volviendo a calentar parte del aire y recircul-ndolo a través del secadero, con el consiguiente a$orro energético que esto supone. 4lgunos secaderos con recuperación de calor son& #ecaderos turbo de bande*as& cuando no importa el contacto directo entre los gases de combustión y el producto #ecaderos de c$orro de aire& se consigue una uniormización casi total del aire de secado y al mismo tiempo una recirculación parcial del aire ya utilizado Aecuperadores indirectos #uponen un a$orro energético por aumentar la e%ciencia térmica del equipo, de igual orma que los recuperadores directos. ec$o fuidizado con tubos térmicos& se utiliza para procesar tandas intermitentes de producto. os conductos de entrada y de salida de aire est-n contiguos, lo que permite la utilización de tubos térmicos para la recuperación de calor. #istemas bi;transer& utilizan un tercer fuido como ve$ículo de transporte de calor entre el aire de entrada y de salida, en lugar de realizarse un intercambio directo entre ellos. ntercambiadores de tubos y aletas& precalientan los gases de secado. Jomba de calor& e+trae calor del secadero condensando la $umedad del aire saliente y recirculando el aire seco al interior de la c-mara de secado. El calor absorbido por el circuito de la bomba se puede emplear para caleacción de la planta. Aeconversión del proceso de secado
@odi%cación de la orma de secado. #e trata de, en cada caso, buscar el tipo de secadero con consumo energético mínimo, y realizar un estudio económico para valorar la sustitución de éste por el actual. @odi%cación de las condiciones de uncionamiento del secadero. ncluye varias medidas de a$orro& Calentar al m-+imo posible el aire o los gases de secado #aturar de $umedad al m-+imo el aire o los gases de salida Aecircular los va$os de salida parcialmente Utilizar los calores sensible y latente de los va$os de salida para precalentar el aire comburente Aecuperar el calor residual sensible del producto secado 'resecar el producto previamente en corrientes naturales o orzadas de aire atmosérico Aecuperar otros calores residuales de la -brica para calentamiento del aire de entrada al secadero Utilizar gases de calderas u $ornos Utilizar gases de escape de m-quinas térmicas en el presecado o en el secado, segn conveniencias @ínimo secado posible. #e debe entender este punto en dos aspectos dierentes& #ecar el mínimo posible en términos absolutos. Esto implica que no $ay que reducir la $umedad del producto por deba*o del contenido en $umedad de equilibrio con el ambiente en el que se va a de*ar posteriormente, ya que recuperaría nuevamente parte de la $umedad perdida. #ecar el mínimo posible en secadero, lo cual implica que el producto debe secarse por otros medios antes de introducirlo en el secadero. 'ara ello se deben evitar $umedecimientos previos de cualquier tipo, y en el caso de productos agrícolas, deben recolectarse los productos cuando est-n lo m-s secos posible. Control del grado de secado #e debe estudiar la curva de secado del producto, para garantizar el uturo equilibrio entre la $umedad del producto secado y la del ambiente donde ser- depositado. 4islamiento de secaderos 6ecesario para minimizar pérdidas tanto en el $ogar como a través de las paredes y del tec$o del secadero propiamente dic$o.