Atemperador caldera
calderas
1. Condiciones que han de cumplir las calderas marinas
-Peso reducido Reducción de peso = Reducción de espacio para poder aumentar la carga.
Espacio en altura y en plantas pequeñas
-Dimensiones de la caldera pequeña para poder montarla y desmontarla fácilmente y sacarla de dentro del buque.
-Adecuada construcción de la caldera para facilitar el mantenimiento, el reemplazo de piezas o la inspección.
-El nivel de agua no debe estar próximo a las superficies atacadas por las llamas porque en los balanceos (de proa a popa) o escoras (babor a estribor) corre el peligro de que las superficies queden al descubierto originando averías y explosiones.
-Funcionamiento económico.
-Un aceptable grado de seguridad en marcha normal y forzado a plena carga
-Recudir espacios para aumentar la carga
2. Precalentadores, economizadores y recalentadores. Similitudes, diferencias y ubicaciones
-PRECALENTADORES Intercambiador de calor que aprovechando parte del calor de los gases de combustión que de otra forma se perdería por la chimenea, calienta el aire y mejora la combustión. Situados en los conductos de gases entre el economizador y la chimenea.
-ECONOMIZADOR Calentadores de agua de alimentación que utilizan los propios gases calientes de la caldera. El agua de alimentación circula por ellos antes de entrar en el colector de vapor.
Situados en los conductos de gases (chimenea)
-RECALENTADORES Intercambiadores de calor que utilizan los gases de la combustión a presión constante aumenta la temperatura del vapor saturado producido en la caldera para convertirlo en vapor recalentado. Situados dentro de la caldera. Similitudes: Son intercambiadores de calor.
Diferencias: Se sitúan en distintos lugares, unos calientan aire, otros agua de alimentación y otros vapor.
3. Diferencias entre tiro forzado e inducido
-Tiro forzado o por presión
a) A COMPARTIMIENTO CERRADO Por medio de un ventilador se aspira del exterior, el aire es impulsado al compartimento de la caldera
b) A CAMARA ABIERTA O A CENICERO CERRADO Combinado con sistemas de calentamiento de aire, lo impulsa a un conducto entre la caldera y el forro exterior de la misma.
-Tiro inducido o aspirado Se puede efectuar con aspiración total o parcial de los gases de combustión con un extractor en la base de la chimenea o por medio del arrastre producido por un chorro de vapor o aire en la base de la chimenea.
4. Indicar brevemente como combatir la corrosión en las calderas
-ACONDICIONAMIENTO DEL PH Se usan reactivos como hidracinoamoniaco…No debe sobrepasarse un valor de PH determinado para cada caldera en función del material de los tubos.
-DESGASIFICACION Mediante dos procedimientos:
A) TERMICA:
– Se puede desgasificar el agua calentándola hasta su temperatura de vaporización para reducir la solubilidad del oxigeno.
– Agitar el agua, una vez calentada, para que las burbujas de gas alcancen la superficie.
– Ventilar para eliminar el gas desprendido y reducir al mínimo su presión parcial en la atmosfera de vapor.
B) QUIMICA:
– Se emplean sustancias fácilmente oxidables que se añaden al agua de alimentación como SO2, SO3, NO2.
5. ¿El acondicionamiento del PH que evita, la formación de incrustaciones o la corrosión en las calderas? Razonar la respuesta.
La corrosión en las calderas.
La corrosión se produce La tendencia del agua de alimentación a la corrosión de la caldera esta determinada por dos factores: El PH del agua (la acidez del agua determina la velocidad de ataque a las superficies de calefacción (Preferible PH básico)) y contenido de O2 (determina la profundidad del ataque)
Forma de evitarlo: Acondicionamiento del PH – Se usan reactivos como hidrocina, amoniaco… No debe sobrepasarse un valor de PH determinado para calderas en función del material de los tubos.
6. Factores a tener en cuenta en relación con el diseño y el volumen del horno de una caldera
-Aumentar el tiempo de permanencia de los gases y combustible en el mismo hasta que su combustión se complete.
-Temperatura del aire.
-Aire necesario para la combustión, introduciendo un exceso de aire sobre esa cantidad teórica (aire exceso mínimo)
-Mezcla adecuada de aire y combustible.
7. ¿A que se llama superficie de calefacción de una caldera?
Todas las superficies metálicas (tubos) que pueden llevar una caldera en las cuales una cara esta en contacto con la mezcla vapor – agua y otra cara esta expuesta a las llamas o calor, el coeficiente de la cámara de combustión se mide en m2
8. Enuncia las operaciones previas a la combustión de fuel-oil en las calderas
PREPARACION DEL FUEL-OIL.
A) Filtrado APRA eliminar las partículas que contengan
B) Calentamiento inicial para reducir la viscosidad y obtener una buena pulverización
c) Regulación de la cantidad de fuel-oil que se suministra al hogar de la caldera en función de la producción de vapor
D) Pulverización para aumentar la superficie de contacto de aire y combustible
PREPARACION DEL AIRE
A) Suministrar la cantidad necesaria
B) Calentarlo previamente
IGNICION Y COMBUSTION DEL FUEL-OIL EN EL HOGAR
a) Mezclar las partículas de fuel-oil pulverizado y el aire inyectado b) Ignición de las partículas de fuel-oil pulverizado
C) Combustión del fuel-oil con desprendimiento de su calor de combustión
9. Ventajas que representa tener una planta desalinizadora de agua salada en los buques mercantes para la obtención de agua de alimentación de las calderas.
Suprimir los tanques de almacenamiento de agua disponiendo por tanto del espacio y peso que estos ocupan.
Utilizan la misma calidad de agua este donde este el barco
Al no ser necesario usar cargas de agua, baja el tiempo de permanencia en el puerto.
10. Enuncia las pérdidas de energía que disminuyen el rendimiento de una caldera
Combustible
A) Calor necesario para evaporar la humedad que contiene
B) Calor de vapor procedente de la combustión del hidrogeno se condensa
Comburente
A) Calor correspondiente al nitrógeno
B) Calor correspondiente al exceso de aire
Combustión
A) Calor por combustión incompleta e imperfecta
Caldera
A) Calor perdido por radiación al exterior
B) Calor remanente en los gases de escape y que salen por la chimenea
11. Economizadores. Definición, ubicación y constitución
Calentadores de agua de alimentación que se utilizan para calentar los gases calientes de la caldera. Están formadas por un conjunto de tubos, formando un haz o serpentín conectados mediante tubos exteriores al sistema de agua de alimentación, de manera
que el agua circula por su interior antes de entrar en el colector de vapor.
Van situadas en los conductos de los gases, en algunas calderas están provistas de unas láminas exteriores para aumentar la superficie de transmisión de calor en los gases.
12. Limitaciones de capacidad de las calderas marinas
– Circulación de agua
– Humedad arrastrada por el vapor
– Régimen de combustión
13. Diferencias entre combustión y oxidación
La combustión es una oxidación muy rápida del combustible con el aire, con desprendimiento rápido de calor. La oxidación es el desprendimiento de calor.
14. Problema de la combustión económica de las calderas
– Conseguir la combustión completa con el máximo desprendimiento de calor
– Suministrar la minima cantidad de aire para reutilizarlo.
15. Condiciones para que se produzca la combustión
– El combustible y el comburente deben combinarse íntimamente en la cantidad suficiente
– Que alguno de los dos o ambos tengan el suficiente nivel de activación
16. Consecuencia debido a la humedad
– Disminuye la temperatura del hogar
– Se pierde el calor por la chimenea
17. Consecuencias de la insuficiencia de aire
– C + ½ O2 CO2 + Calor ; Es menor que si la combustión es completa
– Perdida de calor útil Disminuye el rendimiento de la caldera
18. Factores a tener en cuenta respecto al hogar de una caldera
Respecto a la mezcla Los quemadores deben permitir la mezcla adecuada de combustible y aire
Respecto al aire Aire estequiométrico: aire necesario para producir la combustión. Realmente hay que introducir algo mas de aire, pero no excesivamente para no enfriar la llama
Temperatura de la llama por encima de la temperatura de ignición de combustible
Tiempo El necesario para producir la combustión. Hay que conseguir que toda la combustión se desarrolle dentro del hogar y no fuera
19. Características de una caldera
Producción de vapor(Kg/h) con los datos de presión y temperatura
Superficie de calefacción Todas las superficies metálicas (tubos) que pueden llevar la caldera en las cuales una cara de esta superficie esta en contacto con mezcla de H2O y vapor y la otra a las llamas o calor radiante de la cámara de combustión, se mide en m2
Intensidad de vaporización Cantidad de vapor producido en la caldera por unidad de tiempo o por unidad de superficie de calefacción
Intensidad de combustión Cantidad de combustible capaz de quemar esa caldera por unidad de volumen o superficie de calefacción
20. función que desempeñan los colectores de vapor, de agua y los tubos de caída. COLECTOR DE VAPOR
Acumular el vapor generado en los tubos vaporizadores
Proveer el espacio necesario para la separación de la humedad del vapor Servir de recipiente para recibir y distribuir a los tubos bajantes el agua necesaria para la circulación y generación de vapor en los tubos vaporizadores
COLECTOR DE AGUA
Contener el agua precisa para el funcionamiento de la caldera
Distribuir el agua a los tubos vaporizadores
Servir de deposito para la acumulación de fangos y otras materias sólidas
TUBOS DE CAIDA
Unen los colectores de agua y vapor, situadas por fuera de la envolvente que contiene al hogar y los haces de tubos vaporizadores, para que no reciban los gases de la combustión. En las calderas de doble envuelta van situadas entre ambas.
5
Son de circulación descendente desde el colector de vapor al colector de agua, aumenta la velocidad de combustión y aumenta la generación de vapor.
21. Factores importantes que hay que tener en cuenta para maximizar el rendimiento de una caldera
Que la temperatura del aire este por encima de la de ignición del combustible
Que la pulverización sea correcta
Que se produzca una mezcla intima entre las partículas de combustible y comburente para que se produzca la combustión completa
22. Elemento del sistema de combustible
Quemadores o mecheros para pulverizar el combustible
Equipo auxiliar de encendido Bomba de combustible Calentadores de combustible
Filtros de combustible: frío y caliente Ventiladores de tiro forzado Calentadores de aire
23. Definir el rendimiento de una caldera e indicar que es menor que 1
η Caldera: energía utilizada / energía suministrada = calor absorbido (agua + vapor) /
calor cedido por el combustible
Pv n2 n1
Pc w
Pv: peso del vapor producido (Kg/h)
n2: n vapor de salida
n1: n vapor alimentación
Pc: poder calorífico del combustible (Kcal/Kg)
w: peso del combustible quemado en 1 h (Kg/h)
Otra forma de expresarlo es: η caldera = η hogar x η sup. calefacción
24. Formas de transferencia de calor en las calderas
RADIACION
a) Se transfiere el calor en forma de ondas similares a las de la luz b) Pasan libremente a través del aire y otras materias transparentes
c) Porcentajes de calor radiante de las llamas del combustible ardiendo dentro del hogar, pasa directamente de la llama a la superficie de calefacción de la caldera donde es absorbido
CONVECCION
A) Transferencia de calor por circulación dentro de un fluido cuando parte de el se calienta
6
CONDUCCION
a) Transferencia de calor por contacto directo entre las moléculas de dos o mas cuerpos que se encuentran en buen contacto térmico entre si. La cantidad de vapor producida es proporcional a la superficie de calefacción donde recibe el calor
25. Funciones del sistema de combustión de fuel-oil en calderas
Conseguir una buena pulverización del combustible
Suministrar el aire necesario y asegurar su mezcla con el combustible
26. Que efecto produce en las calderas las incrustaciones en las superficies de calefacción y formas de evitarlas
– Las incrustaciones son principalmente sulfatos de cal y disminuyen
Coeficiente de transmisión de calor (con una masa cristalina muy dura y aislante)
La cantidad de calor que recibe el agua por unidad de tiempo
La producción de vapor debido a una acumulación de vapor que dilata los tubos provocando su rotura
– La forma de evitarla es mediante tratamientos químicos o alcalinos mediante la adición de sustancias químicas al agua, consiguiendo:
Evitar que las sales duras (sulfatos) se transformen en no adherentes
Que sales poco solubles se transformen en sales mas solubles
Que el agua reúna las características electroquímicas mas convenientes para disminuir los fenómenos corrosivos
Que el agua no contengan en disolución gases y partículas de oxigeno O2
27. función de los cabezales
Se emplean en lugar de los colectores de agua y tienen la misma misión. Se diferencian de estos en su diámetro que es más pequeño, de forma que el acceso a su interior es solamente por registros de mano distribuidos a lo largo de ellos.
Características de los bajantes:
Se consigue aumentar la velocidad de combustión y con ello la generación de vapor
Tienen que tener mayor capacidad que los tubos generadores
28. cámara de combustión
Debe proporcionar un gran volumen de hogar para aumentar el tiempo de permanencia de los gases y combustible en el mismo hasta su combustión completa antes de que alcancen las primeras hiladas internas de los tubos vaporizadores. Formada por una estructura metálica sobre la que se atornillan chapas de acero galvanizado y sobre estas
7
un recubrimiento de tipo aislante y sobre el mismo las paredes de ladrillos refractarios para mantener una elevada temperatura en el hogar que favorezca la combustión y reduzca las perdidas al exterior por radiación
29. Definir que es la purga de calderas e indicar cuando la purga es inadecuada
Es la extracción de cierta cantidad de agua (sales) del interior de la caldera
Se puede dar por:
a) Exceso, desde el punto de vista energético se gasta mucho para calentar el agua para sacar las sales necesitando mas agua y energía
b) Defecto, se acumulan sales formando incrustaciones (aislantes), se debe aplicar mas calor, es a, mayor gasto de energía
Tanto por exceso como por defecto ambos implican un mayor gasto energético
30. Que misión tienen los calentadores de combustible
Disminuir la viscosidad para trasegar el combustible
Disminuir la viscosidad para facilitar la pulverización
Elevar la temperatura del combustible hasta una temperatura cercana a la inflamación
31. Funciones de los quemadores o mecheros
Aportar combustible a la cámara de combustión en condiciones de ser quemado
Aportar el aire a dicha cámara
Mezclar íntimamente el aire y el combustible
Desplazar los productos de la combustión (atomización y pulverización) Encender y quemar la mezcla
32. Que función desempeña el tiro en las calderas
Introducir el aire necesario para la combustión completa creando una corriente que obliga a los gases a circular entre las superficies de calefacción y expulsándolas posteriormente a la atmosfera a través de la chimenea
33. Tipos de combustión
COMPLETA O PERFECTA Los productos de la combustión están totalmente oxidados. Es necesario un exceso de aire.
ESTEQUIOMETRICA Se consigue la combustión completa con un mínimo aire necesario (aire estequiométrico)
INCOMPLETA Los productos de la combustión no están totalmente oxidados (inquemados Ej.: CO2)
34. Que origen puede tener la presencia de vapor de agua en los gases de combustión
Agua contenida en el combustible
Por la acción del hidrogeno del combustible
8
Humedad del aire comburente
35. Definir exceso de aire y coeficiente de exceso de aire. Consecuencias de trabajar con exceso de aire
Una forma de medir la cuantía del aire que se emplea de mas es el exceso de aire, que se define por: exceso de aire = aire real – aire teórico.
También se utiliza el coeficiente de exceso de aire λ = Ar/At
Consecuencias:
Una disminución de la temperatura de la llama como la transmisión de calor del hogar (zona de vaporización) se efectúa predominantemente por radiación que es una función de la potencia cuarta de la temperatura, al disminuir la temperatura de la llama como consecuencia del exceso de aire, disminuye el calor radiado en una proporción mucho mas importante.
Un aumento de las perdidas por chimenea Al trabajar con exceso de aire, aumenta la cantidad de calor que se a al exterior con los gases de combustión. Perdidas con los gases = volumen de gases x calor especifico x temperatura de salida
Un aumento de la energía consumida en los ventiladores (tiro) al tener que manejar mayores volúmenes de aire y gases, aumentara el consumo de energía para su circulación
36. Efectos producidos por la utilización del calentador de aire
Se reducen las perdidas de calor en los gases de escape
Aumenta la temperatura de la llama en la zona de combustión aumentando el calor transferido por radiación, un aumento del calor transferido, la cantidad de vapor producido. También se puede quemar el combustible un exceso de aire menor
37. Elementos constitutivos de las calderas de vapor
Colectores de vapor y de agua
Cabezales
Tubos bajantes o de caída
Tubos vaporizadores
Tubos soportes de los colectores Asientos, patines y anclajes cámara de combustión
38
Calderas acuotubulares
El agua y vapor circulan por el interior de los tubos y las superficies externas están en contacto con los gases de la combustión
Ventajas:
– Ahorro de espacio
– Ahorro de peso
– Levantan vapor rápidamente
9
– Gran flexibilidad mecánica
– Amplio margen de seguridad en caso de explosión
Inconvenientes:
– Mayor numero de componentes
– Requieren mayor habilidad para su operación
– Mantenimiento mas costoso
– Inaccesibilidad para su limpieza (algunos tipos)
39. Cuales son las consecuencias de trabajar con exceso de aire
Aumenta la cantidad de nitrógeno y otros gases no combustibles que absorben calor, la temperatura de la llama es menor, disminuye el calor de radiación, disminuimos el η de la caldera
Se pierde aire por la chimenea por lo que se pierde calor
Hay perdidas de potencia debido al tiro forzado
Para que las perdidas de calor sean mínimas hay que introducir el mínimo exceso de aire
40. Agua de alimentación. Composición
SALES Provocan incrustaciones en los tubos provocando la disminución del coeficiente de transmisión de calor, de forma que el calor dilata los tubos debido a una acumulación de calor y provoca su rotura. El agua al ponerse en contacto con el metal al rojo vivo, se desprende vapor pudiendo estallar la caldera SILICES Provocan erosiones en las paletas de las tuberías
GASES Si están disueltos disminuyen el coeficiente de transmisión de calor, aumenta el consumo del combustible provocando problemas de corrosión y la posibilidad de que explote la caldera
10