GENERADORES DE VAPOR.pptx

material sobre calderas

1. PRODUCCIÓN DE VAPOR Facilitador: Domingo Osorio

2. GENERADORES DE VAPOR Un grupo productor de vapor de agua de agua es una combinación de aparatos que puede constar cualquiera o todos lo siguientes: caldera, hogar, equipo de quemadores o el necesario para quemar el combustible, cámaras de agua, purificador de vapor, recalentador, atemperador (dispositivo para controlar la temperatura del vapor, economizador y calentador de aire.

3. HISTORIA DE LAS CALDERAS

4. HISTORIA DEL VAPOR 1540 Blasco de Garay, Español presenta al Rey Carlos V una idea para una maquina de vapor. 1617 Denis Papin, Francés, idea y fabrica una pequeña maquina de vapor. 1703 Thomas Newcomen, Ingles, aplica la maquina de vapor por primera vez en una mina de carbón para bombear agua. 1720 Haycock T. Diseño y construyo la primera caldera. 1769 Waggon J. Construye una caldera similar a la de Haycock. 1774 Watt James Ingles, Inventa una maquina de vapor, el volante de potencia, la bomba de alimentación. Por todo ello se le denomina el inventor de la maquina de vapor. 1804 Trevithick . Diseña y construye una caldera de tubo de fuego.

5. CALDERAS CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS Según la posición relativa de los gases calientes y el agua: Acuotubulares Pirotubulares Por la posición de los tubos: Verticales Horizontales Inclinados Por la forma de los tubos: Rectos Curvados Por la naturaleza del servicio que prestan: Fijas Portátiles Locomóviles Marinas “La elección de una caldera para un servicio determinado depende del combustible de que se disponga, tipo de servicio, capacidad de producción de vapor requerida, duración probable de la instalación, y de otros factores de carácter económico”

6. CALDERAS PIROTUBULARES

7. CALDERAS PIROTUBULARES En estas calderas los gases calientes pasan por el interior de los tubos, los cuales se hallan rodeados de agua. Las calderas pirotubulares generalmente tienen un hogar integral (denominado caja de fuego) limitado por superficies enfriadas por agua. En la actualidad, las calderas pirotubulares horizontales con hogar integral se utilizan en instalaciones de calefacción a baja presión, y algunos tipos más grandes para producir vapor a presión relativamente baja destinado a calefacción y a producción de energía. Son menos sensibles al tratamiento de agua por lo que las hace muy solicitadas cuando se quiere limitar la inversión en generación de vapor.

8. CALDERAS ACUOTUBULARES

9. CALDERAS ACUOTUBULARES DOMOS DOMO SUPERIOR DOMO INFERIOR

10. CALDERAS ACUOTUBULARES En las calderas acuotubulares, por el interior de los tubos pasa agua o vapor, y los gases calientes se hallan en contacto con la superficie externa de aquellos, en contraste con la pirotubular. Las calderas acuotubulares son las empleadas casi exclusivamente cuando interesa obtener elevadas presiones y rendimientos, debido a que los esfuerzos desarrollados en los tubos por las altas presiones son de tracción en vez de compresión, como ocurre en los pirotubos.

11. CALDERAS ACUOTUBULARES Son muy sensibles al tratamiento de agua por lo que se requiere de una excelente calidad en el agua de alimentación a las mismas. La limpieza de las calderas acuotubulares se lleva a cabo fácilmente porque las incrustaciones se quitan sin dificultad utilizando un dispositivo limpia-tubos movido con agua o aire.

12. CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE VAPOR La producción de un generador de vapor se da frecuentemente en kilogramos de vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energía, aquel sistema no mide exactamente la energía producida. Por consiguiente, la producción de la caldera medida por el calor absorbido por el agua y vapor será: Q = m s (h-h f ) Donde: Q: producción de la caldera, kcal/h (BTU/h, kW) m s : flujo másico de vapor producido por la caldera, kg/h (Lb/h) h: entalpía del vapor a la presión y temperatura observados, kcal/kg (BTU/lb, kJ/kg) h f : entalpía del agua de alimentación en las condiciones que dicha agua llega a la caldera, kcal/kg (BTU/lb, kJ/kg)

13. CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE VAPOR Cuando el peso de vapor m s es la cantidad máxima que la caldera puede producir por hora a la temperatura de trabajo especificada, la fórmula anterior da la capacidad máxima. Pero si m s representa el flujo de vapor que la caldera puede producir con más eficiencia, la producción correspondiente se denomina capacidad normal. La potencia en HP de caldera podrá expresarse de la siguiente forma:

14. CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE VAPOR El rendimiento global de una caldera de vapor en condiciones de funcionamiento cualesquiera es la relación entre el calor transmitido y la energía suministrada en forma de combustible, es decir: Donde: e b : rendimiento del generador de vapor, % m f : flujo másico (volumétrico) de combustible quemado, kg/h (m 3 /h) F: poder calorífico superior del combustible, kcal/kg, kcal/m 3 (kJ/kg, kJ/m 3 )

15. BALANCE TÉRMICO 1.- Calor absorbido por el generador de vapor: Donde H 1 : kcal absorbidas por el agua y vapor por kilogramo de combustible (kJ/kg comb, BTU/lbm comb. 2.- Pérdidas caloríficas debidas a la humedad del combustible: H 2 = m m (h’’ – h’) Donde: H 2 : pérdidas caloríficas, kcal/kg comb (kJ/kg comb, BTU/lb comb) m m : masa de agua, kg/kg comb (lb/lb comb) h’’ : entalpía del vapor sobrecalentado a la temperatura de los gases de chimenea y a una presión absoluta de 0,07 kg/cm 2 , kcal/kg (kJ/kg, BTU/lb) h’: entalpía del líquido a la temperatura a la cual el combustible entra en el hogar, kcal/kg (kJ/kg, BTU/lb)

16. BALANCE TÉRMICO 3.- Pérdidas caloríficas debidas al agua procedente de la combustión del hidrógeno: H 3 = 9H y (h’’ – h’ f ) Donde: H 3 : pérdidas caloríficas, kcal/kg (kJ/kg, BTU/lb) H y : masa, kg/kg comb (lb/lb comb) 4.- Pérdidas caloríficas debidas a la humedad del aire suministrado H 4 = m v *0,46*(t g – t a )

17. BALANCE TÉRMICO Donde: H 4 : pérdidas caloríficas, kcal/kg comb (kJ/kg, BTU/lb comb) m v : porcentaje de saturación expresado en forma decimal 0,46: calor específico medio del vapor de agua t g a t a t g : temperatura de los gases de combustión a la salida de la caldera ˚C (˚F) t a : temperatura del aire al entrar en el hogar, ˚C (˚F) 5.- Pérdidas caloríficas debidas a los gases de chimenea secos: H 5 = m dg C p (t g – t a ) Donde: H 5 : pérdidas caloríficas, kcal/kg comb (kJ/kg, BTU/lb comb) m dg : masa de gases secos a la salida de la caldera, kg/kg comb (lb/lb comb) C p : calor específico medio de los gases secos (0,24 kcal/kg.˚C)

18. BALANCE TÉRMICO 6.- Pérdidas caloríficas debidas al combustible gaseoso sin quemar: Donde: H 6 : pérdidas caloríficas, kcal/kg comb (kJ/kg, BTU/lb comb) CO y CO 2 : porcentajes en volumen determinados por análisis de los gases de combustión C 1 : masa de carbono realmente quemado, kg/kg comb (lb/lb comb) 7.- Pérdidas caloríficas debidas al combustible sin consumir contenido en las cenizas y escorias:

19. BALANCE TÉRMICO Donde: H 7 : pérdidas caloríficas, kcal/kg comb (kJ/kg, BTU/lb comb) m r : flujo másico de las cenizas, kg/h /lb/h) C r : masa de carbono, kg/kg ceniza (lb/lb ceniza) 8.- Pérdidas caloríficas debidas al hidrógeno e hidrocarburos sin consumir, radiación y otras pérdidas: H 8 = F – (H 1 + H 2 + H 3 + H 4 + H 5 + H 6 + H 7 )

20. ACCESORIOS DE LAS CALDERAS manómetros Medir la presión Nivel de agua Indicar el nivel del agua en la caldera Regulador del agua de alimentación Suministrar automáticamente Automáticamente a la caldera La misma cantidad de agua que se Transforma en vapor Válvulas de seguridad Impedir que en las calderas se Desarrollen presiones de vapor excesivas, abriéndose automáticamente

21. ACCESORIOS DE LAS CALDERAS Desaireador del agua de alimentación Descripción de los componentes

22. ACCESORIOS DE LAS CALDERAS Nivel de agua Regulador del agua de alimentación Parte Componente Función 1 Válvula de Interrupción para aislar el sitema de agua de alimentación del tanque de alimentación 2 Actuador Eléctrico para accionar la válvula de control 3 Controlador PID para mover el actuador en relación con el nivel del agua de la caldera 4 Válvula de Retención para evitar el retorno de flujo del agua de caldera a la línea de agua de alimentación 5 Amplificador de Señal para acondicionar la señal al controlador de nivel 6 Sonda de Nivel para detectar el nivel de agua en la caldera 7 Válvula de Control para regular el flujo de agua de alimentación a la caldera 8 Válvula de Esfera para regular la recirculación al tanque de agua de alimentación 9 Filtro para evitar la entrada de suciedad en la bomba y válvula de control Descripción de los componentes

23. Selección del dispositivo de alivio Válvulas de seguridad (gases o vapores) Válvulas de alivio (líquidos) Válvulas de seguridad y alivio (gases o líquidos)

24. ACCESORIOS DE LAS CALDERAS Válvulas de seguridad

25. ACCESORIOS DE LAS CALDERAS purgadores Se utilizan para sacar una cierta cantidad de agua con el fin de extraer de la caldera, lodos, sedimentos y espumas Sopladores de hollín Limpiar todas superficies de caldeo sometidas a acumulación de hollín

26. ELEMENTOS DE SEGURIDAD (basicos) Control de presión: Presostato. Válvulas de Seguridad. Control de nivel de agua: * Indicador visual de nivel. * Control automático de nivel. * Tapón fusible. Control de llama: * Célula o visor de llama (fotoeléctrica, infraroja, UV). Control de combustible Valvula shut off ( cierre de emergencia), cock (gas)

27. Fallas y riesgos en la operación de calderas IMPORTANCIA DEL ANALISIS DE FALLAS • Detecta defectos de diseño, fabricación o ensamble de piezas • Reconoce incorrecciones en los procedimientos establecidos para el mantenimiento y servicio de las máquinas • Detecta malas rutinas de mantenimiento, o abusos y descuidos durante la operación • Ayuda en la selección y establecimiento de métodos no destructivos como procedimientos de inspección

28. Fallas y riesgos en la operación de calderas ANALISIS DE FALLAS • Sobrecalentamiento • Fractura • Fragilidad • Grafitización • Corrosión y depósitos • Corrosión por el lado del fuego • Soldadura de metales disímiles • Fatiga • Erosión • Corrosión bajo tensiones

29. Fallas y riesgos en la operación de calderas CAUSAS DE FALLAS EN CALDERAS CAUSAS (%) PIROTUBULARES (%) ACUOTUBULARES (%) Fallas en obras civiles 1.0 6.5 Expansiones y contracciones 3.0 3.5 Inadecuado tratamiento de agua 5.1 7.0 Mal control del nivel de agua 0.4 1.8 Mala graduación del encendido 0.6 4.5 Fallas en la ejecución de mantenimiento 21.0 23.0 Falta de normas de mantenimiento 28.0 30.0 Fabricación defectuosa 2.0 4.0 Materiales defectuosos 7.0 12.0 Limpieza inadecuada 26.5 7.0 Corrosión externa en tubos 0.4 0.6 Corrosión interna en tubos 5.0 0.1 Fte: Ing. Fanny V. Verano

30. Fallas y riesgos en la operación de calderas DAÑOS MÁS FRECUENTES CAUSAS PIROTUBULARES (%) ACUATUBULARES ( %) Refractarios del hogar 6.2 0 .3 Refractarios del quemador 1-2.3 9 .0 Refractarios del cuerpo 3.0 6.0 Cuerpo de la caldera 4.0 1.6 Tubería de fuego 6- 6.4 -- Tubería de agua -- 22.0 Pared tubos de agua -- 6.0 Domo superior -- 0.5 Domo inferior -- 5.0 Sobre calentador -- 14.7 Tiro inducido / Tiro forzado 1.5/--- 12.0/16.0 Chimenea 0.2 5.0 Otros 6.4 1.9 Fte: Ing. Fanny V. Verano

31. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS DE ENFERMEDAD Afecciones respiratorias por partículas, gases y vapores. Alergias en la piel por contacto con detergentes y limpiadores. Desordenes de termorregulación, calambres y torcedura de rostro. Lumbalgias o traumatismos, por esfuerzos y manipulacion de objetos y herramientas. Daños a la vision ocasionada por exposicion a radiaciones termicas y luminicas (UV, infrarojo)

32. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS DE ACCIDENTE. Quemaduras por contacto con elementos calientes ó agentes químicos. Caídas por plataformas ó andamios mal instalados. También por deficiente iluminación. Choque eléctrico por defectos en instalaciones. Asfixia por deficiencia de oxigeno o gran concentración de gases nocivos. Tambien intoxicacion. Contusiones al golpearse contra objetos fijos. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS DE INCENDIO Y EXPLOSION. Causas conocidas: _ Factor humano 80%, por fallas de operación. _ Fallas mecánicas o físicas 20%, mantenimiento inadecuado.

33. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS DE CONTAMINACION ATMOSFERICA. Gases de combustion: Efecto invernadero, Salud de la comunidad, Efectos negativos en los cuerpos vegetales, Deterioro de estructuras y construcciones aledañas, Daño en maquinaria y materiales de producción. Derrames de quimicos y Combustibles a suelos, y cuerpos de agua. Descargas de aguas a temperaturas superiores a la ambiental (purgas), en cuerpos de agua. Ruido ocasionados por las fugas de vapor. Polvillo de aislantes y empacaduras contaminantes (asbestos, amianto o similares)

34. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS PREVENCION Y CONTROL DE RIESGOS • Salidas libres, bien ubicadas e identificadas. • Plataformas y escaleras con sus correspondientes barandas. • Pisos limpios, secos. (Preferiblemente con superficies antideslizantes.) • Ventilación adecuada al área. Por lo menos 20 renovaciones por hora. • Iluminación suficiente para cada punto crítico. (100 a 500 luxes) • Señales de emergencia en pinturas luminiscentes. • Almacenamiento y manejo adecuado de combustibles y quimicos. • Cumplimiento y mejoramiento continuo de los programas de mantenimiento.

35. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS PREVENCION Y CONTROL DE RIESGOS • Fijación de requisitos mínimos para el cumplimiento de tareas. • Selección del personal mediante exámenes físicos y Pruebas psicotécnicas. • Capacitación y actualización permanente de la Reglamentación vigente a nivel general y a nivel de Empresa. • Campañas para mantener el interés de los Trabajadores en los aspectos de prevención. • Estricta supervisión para comprobar Permanentemente el cumplimiento de las normas de Salud y Seguridad.

36. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS PREVENCION Y CONTROL DE RIESGOS • BITACORAS Registro de reparaciones Novedades CONTROLES DIARIOS Inspección visual. Variables de proceso. Consumo de combustible. Verificación de llama. AJUSTE DE EQUIPOS Comportamiento de combustión Demanda del servicio. Cambios en combustibles.   EQUIPOS DE CAPTACION Funcionamiento. Limpieza.

37. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS RECOMENDACIONES  Nunca evite anticipar emergencias.  No espere hasta que algo suceda para empezar a pensar  Siempre estudie cada emergencia concebible y sepa exactamente lo que haya que hacer  Nunca empiece el trabajo en una planta sin trazar cada línea de tubería y aprender la situación y objeto de cada válvula. Conozca su oficio.  Siempre proceda con las válvulas o dispositivos rápidamente pero sin confusión en tiempo de emergencia. Usted puede pensar mejor andando que corriendo.  Nunca permita que los sedimentos se acumulen en las conexiones de los niveles de vidrio o de las columnas de agua.

38. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS RECOMENDACIONES  Un falso nivel puede equivocarle y hacer que usted lo sienta  Siempre purgue cada conexión de nivel y/o columna de agua al menos una vez al día. Formar buenos hábitos puede significar una vida más larga para usted.  Nunca de órdenes verbales para operaciones importantes o informe de tales operaciones, sin registro escrito. Tenga algo en que apoyarse cuando usted lo necesite  Siempre acompañe las órdenes de operaciones importantes con un memorando escrito. Use un libro de registros escritos para registrar cada hecho importante o suceso inusual  Nunca encienda un fuego bajo una caldera sin hacer una doble comprobación en el nivel de agua. Muchas calderas han sido destruidas y muchos empleados han perdido su trabajo por esas causas.

39. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS RECOMENDACIONES  Siempre tenga al menos un nivel de agua antes de encender. El nivel debería estar comprobado por los grifos del nivel. Usted no sufrirá por ser demasiado cuidadoso  Nunca encienda un fuego debajo de una caldera sin comprobar todas las válvulas ¿Por qué tentar a la suerte?  Siempre asegúrese de que las válvulas de purga están cerradas y los venteos, válvulas de las columnas de agua y grifos de los manómetros estén abiertas.  Nunca abra una válvula bajo presión rápidamente. El repentino cambio de presión o golpe de ariete resultante puede causar la rotura de la tubería  Siempre utilice el bypass si lo hay. Despegue la válvula de su asiento y espere a que la presión se iguale. Después, abra lentamente

40. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS RECOMENDACIONES  Nunca corte o saque de línea a una caldera a no ser que la presión este dentro del rango de presión del colector. Someter a una caldera a las tensiones de la presión resulta sumamente peligroso  Siempre vigile el manómetro de cerca y esté preparado para cortar las calderas abriendo la apertura de la válvula de corte, sólo cuando las presiones estén igualadas.  Nunca suba una caldera a su presión sin probar la válvula de seguridad. Una caldera con la válvula de seguridad atascada está tan seguro como jugar con dinamita  Siempre despegue la válvula de su asiento manualmente con su palanca y mientras la caldera está a ¾ de la presión de despegue  Nunca dé por seguro que las válvulas de seguridad están en buenas condiciones. En la planta de calderas no hay lugar para conjeturas

41. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS RECOMENDACIONES  Siempre suba periódicamente y despegue la válvula de su asiento con la palanca de elevación mientras la caldera esté a presión. Pruebe a subir la presión de despegue al menos una vez al año.  Nunca aumente a presión de consigna de una válvula de seguridad sin autorización. Han ocurrido serios accidentes por fallos en la observación de esta regla  Nunca cambie el ajuste de una válvula de seguridad más del 10%. El funcionamiento correcto depende de un muelle adecuado.  Siempre tenga las válvulas conectadas, con un resorte nuevo y recalibrado por el fabricante para cambios de no menos del 10%  Nunca apriete una tuerca, tornillo o rosca de tubo bajo presión de vapor o aire comprimido. Muchos han muerto haciéndolo.

42. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS RECOMENDACIONES  Siempre juegue sobre seguro con esta regla, lo que está a punto de romperse no tiene una señal o signo de alarma.  Nunca golpee un objeto sometido a presión de vapor o aire comprimido. Este es otro camino hacia el cementerio.  Siempre juegue sobre seguro con esta regla, usted no puede decir que gota es la que colma el vaso.  Nunca permita a personas no autorizadas tocar lo que no deben en el equipo de una planta de vapor. Si no se dañan ellos mismos, pueden dañarle a usted.  Siempre mantenga fuera de la planta a los incompetentes y coloque la operación de la planta en manos de las personas adecuadas. Una sala de calderas no es un lugar para poner un club de reuniones.  Nunca deje una válvula de purga abierta y desatendida cuando la caldera está a presión o con el quemador en marcha. Juegue sobre seguro, la memoria puede fallar.

43. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS RECOMENDACIONES  Siempre compruebe el nivel de agua antes de purga y tenga una segunda persona vigilando el nivel de agua mientras usted purga la caldera. Cierre la válvula de purga y después vuelva a probar el nivel e agua. De ese modo, usted evitará quemar la caldera por falta de agua.  Nunca permita a nadie entrar en el calderin de una caldera sin seguir las normas de seguridad respectivas, para entrar en espacio confinado.  Siempre asegúrese de que la caldera este fría antes de entrar en ella, de que hay suficiente oxígeno según las normas, de que tenga un cartel de aviso a la entrada que diga “trabajador dentro”, de que haya una persona de emergencia en la entrada y cerciórese de que todas las válvulas de entrada y salida de calderas estén cerradas  Nunca permita reparaciones importantes en la caldera sin autorización. Si usted quebranta una ley, se estará jugando el cuello

44. RIESGOS EN LA OPERACIÓN DE CALDERAS RECOMENDACIONES  Nunca trate de encender un segundo quemador mediante la llama del primero funcionando. Puede estar provocando un serio retroceso de llama o explosión  Siempre siga la secuencia de arranque del fabricante sobre las calderas multiquemador, incluyendo la prueba de ignición de llama comprobando mediante los controles de los quemadores instalados y usted evitará la explosión del hogar  Nunca intente encender un quemador sin ventilar el hogar y el resto de los conductos de la caldera. Las quemaduras son penosas.  Siempre permita al tiro limpiar el hogar de gases y polvo según el periodo de purga prescrito. Cambie las condiciones de uso lentamente  Nunca se equivoque al informar de un comportamiento inusual de una caldera o de otros equipos. Puede ser una señal de peligro  Siempre consulte a alguien autorizado. Dos cabezas piensan mejor que una.

45. Recomendaciones del tren de gas The location of fuel-gas safety-shutoff valves in a typical piping arrangement is detailed in Section A.7.7.2 of NFPA 86. Proved-closed valve requirements (see key) depend on the capacity of each independently operated burner.

46. Recomendaciones del tren de gas The location of fuel-gas safety-shutoff valves in a typical piping arrangement is detailed in Section A.7.7.2 of NFPA 86. Proved-closed valve requirements (see key) depend on the capacity of each independently operated burner.

47. The NFPA 86 Standard for Ovens and Furnaces further prescribes the minimum requirements for operator training as follows: 1-5 Operator and Maintenance Personnel Training 1-5.1 All operating, maintenance and appropriate supervisory personnel shall be thoroughly instructed and trained under the direction of a qualified person(s) and shall be required to demonstrate understanding of the equipment and its operation to ensure knowledge of and practice of safe operating procedures. 1-5.2 All operating, maintenance and appropriate supervisory personnel shall receive regularly scheduled retraining and testing to maintain a high level of proficiency and effectiveness. 1-5.3 Personnel shall have access to operating instructions at all times. 1-5.4 Operator training shall include the following, where applicable: (1) Combustion of fuel-air mixtures (2) Explosion hazards (3) Sources of ignition, including autoignition (e.g., by incandescent surfaces) (4) Functions of control and safety devices (5) Handling of special atmospheres (6) Handling of low-oxygen atmospheres (7) Handling and processing of hazardous materials (8) Confined space entry procedures (9) Operating instructions (see 1-5.5 ) 1-5.5 Operating instructions shall be provided by the equipment manufacturer and shall include all of the following: (1) Schematic piping and wiring diagrams (2) Startup procedures (3) Shutdown procedures (4) Emergency procedures, including those occasioned by loss of special atmospheres, electric power, inert gas, or other essential utilities (5) Maintenance procedures