CALENTADORES DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN INTERCAMBIADORES CARCASA Y TUBO • CONSISTE: En dos cámaras de presión independientes (lado carcasa y lado tubos). Por las dos cámaras fluyen dos medios de tal forma que cuando existe una diferencia de temperatura entre ellos, el calor se intercambia sin que los medios se mezclen. • Los intercambiadores de calor de carcasa y tubo se adaptan a altas y bajas presiones, altas y bajas temperaturas y fluidos corrosivos o no. Cuando mayor sea la diferencia de la temperatura, menor será la superficie de transferencia de calor. Son además compactos y eficientes y sus altas velocidades mejoran la velocidad de transferencia del calor. • Estos intercambiadores se pueden usar para prácticamente cualquier intercambio entre dos fluidos, incluyendo aquellos con cambio de fase. INTERCAMBIADORES CARCASA Y TUBO En general, el intercambiador carcasa y tubo, está compuesto por tubos cilíndricos, montados dentro de una carcasa también cilíndrica, con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa. Un fluido circula dentro de los tubos, y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa). SOBRECALENTADORES Un sobrecalentador consiste en una unidad sobrecalentadora, el vapor se dirige hacia la salida de los gases de la caldera para tomar calor adicional de los productos de la combustión. Este calor adicional produce una ganancia considerable de energía en el vapor que será liberada en el uso final. Este uso puede ser una turbina de vapor o cualquier otro tipo de equipo que requiere liberación considerable de energía para su operación. Los sobrecalentadores son intercambiadores de calor del tipo radiante o de convección. En un sobrecalentador radiante los tubos están localizados siempre detrás de la pared de pantalla de la sección de convección, estos reciben el calor por medio de radiación directa de la llama, en tanto los de convección reciben el calor por el paso de los productos de la combustión alrededor de los tubos. RECALENTADORES Es un elemento en donde, por intercambio calorífico, se eleva la temperatura del vapor parcialmente expansionado CALENTADORES DE AIRE Los calentadores de aire se utilizan para calentar el aire comburente y mejorar el proceso de la combustión en las plantas generadoras de vapor. Los humos constituyen la fuente energética, y el calentador recoge y utiliza el calor residual de los mismos, lo que incrementa la eficiencia global de la caldera un 5÷ 10%. Los calentadores de aire pueden utilizar otras fuentes térmicas, como el vapor procedente de la extracción de una turbina, dependiendo de la aplicación particular de que se trate. Los calentadores de aire están ubicados detrás de la caldera, aguas debajo de la misma, (en el flujo de humos), en donde se reciben los humos calientes procedentes del economizador y el aire procedente del ventilador de tiro forzado. El aire caliente que sale de los calentadores de aire mejora la combustión, con cualquier tipo de combustible; además, en las unidades que queman carbón pulverizado se emplea para el secado y transporte del combustible molido. CLASIFICACION DE LOS CALENTADORES DE AIRE Según su principio operativo en el proceso de transferencia de calor, se clasifican en dos grandes grupos: Recuperativos, en los que la transferencia de calor se verifica de forma directa y continua, a través de la pared que separa los fluidos, lo que garantiza la permanente separación de los flujos que intervienen en el proceso de intercambio térmico. Regenerativos, en los que la transferencia de calor es indirecta, haciendo uso de un medio que se expone, alternativamente, al fluido calefactor (para tomar su energía térmica) y al fluido a calentar (para cedérsela). CALENTADORES DE AIRE RECUPERATIVOS El calor se transfiere a través de una superficie de intercambio térmico, que garantiza la separación de los flujos de humos y aire que llegan al calentador; esta superficie puede estar conformada por: Un determinado conjunto de tubos, cuya superficie global es la del calentador de aire para el intercambio calorífico Un conjunto de placas paralelas que canalizan, por separado, los dos fluidos que intervienen en el proceso Algunos intercambiadores de calor recuperativos operan con una pequeña contaminación por fuga entre los fluidos presentes; como la presión del aire es mayor que la de los humos (paire > phumos), la fuga es del aire hacia éstos. CALENTADORES DE AIRE TUBULARES DE ACERO Calentadores tubulares de acero.- La energía térmica se transfiere desde los humos calientes que circulan por el interior de los tubos, al aire que circula por su exterior. La unidad consta de tubos rectos soldados a placas tubulares, en el interior de una carcasa de acero que sirve de cerramiento para el aire que circula por el exterior de los tubos, y que contiene las aberturas de entrada y salida del aire y de los humos. CALENTADORES DE AIRE Por lo general es deseable con frecuencia precalentar aire para la combustión antes de ponerlo en contacto con el combustible. Esto se hace necesario cuando se queman combustibles con un alto contenido de humedad. En los calentadores de aire se capta el aire de medio ambiente y se precalienta utilizando el calor sensible de los gases de la chimenea, esto aumenta la eficiencia y ahorra el usos de combustible extra, este es tipo de unidad recuperadora de calor. ECONOMIZADOR PRECALENTADOR Es un elemento que recupera calor sensible de los gases de la salida de una caldera para aumentar la temperatura del fluido de alimentación de la misma. ECONOMIZADORES Los economizadores recuperan la energía de los humos (calor sensible de los gases de la chimenea), antes de ser evacuados a la atmósfera parte de esa energía se utiliza para precalentar el agua de alimentación de la caldera. Los economizadores son superficies termointercambiadoras constituidas por bancos tubulares, que se utilizan para calentar el agua de alimentación de la caldera en las siguientes situaciones: a) Antes de que entre en el calderín (para el caso de unidades con recirculación) b) A antes de que llegue a las superficies del hogar (si son unidades de proceso directo o de un paso) Los economizadores reducen la posibilidad de que se presenten choques térmicos y grandes fluctuaciones en la temperatura del agua de alimentación de la caldera, que llega a las paredes de tubos de agua que configuran el hogar o que entra en el calderín. Fig XIX.1.- Posiciones del economizador y del calentador de aire en una unidad que quema carbón ECONOMIZADORES El economizador suele ser la última superficie termointercambiadora refrigerada por agua, que se encuentra aguas arriba, en el lado de humos, del calentador de aire. La Fig XIX.1 presenta la ubicación del economizador en una unidad que quema carbón y la Fig XIX.3 su esquema. ECONOMIZADORES DE RECORRIDO ALARGADO Y VERTICAL (FLUJO LARGO) La Fig XIX.10 representa un tipo de caldera industrial, que dispone de un economizador de recorrido alargado y vertical (flujo largo), que se utiliza en calderas de recuperación de plantas químicas. La superficie de calentamiento de los economizadores de flujo largo consta de grupos de tubos verticales, aleteados longitudinalmente y formando los paneles membrana. Por el interior de los tubos circula el agua de alimentación, siempre en flujo ascendente, mientras que los humos lo hacen por el exterior en sentido descendente, en contracorriente; los economizadores de flujo largo ofrecen siempre una mínima resistencia del lado de los humos. PRECALENTADORES DE BAJA PRESIÓN La temperatura del condensador ronda los 45ºC, y se eleva entre 5 y 15ºC con la adición del calor recuperado en los drenajes, en el vapor utilizado en los eyectores y en el vapor de sellos. Como la entrada al tren de generación de vapor se realiza a una temperatura más elevada, es necesario elevar progresivamente la temperatura desde los 45ª aproximadamente hasta la temperatura de entrada en la caldera o generador de vapor, que oscila entre los 100 y los 250 ºC, dependiendo del tipo de planta y del diseño del ciclo aguavapor. Según el estudio del ciclo Rankine, es posible no realizar este calentamiento progresivo, pero eso significa reducir el rendimiento del intercambio en el tren de generación de vapor o caldera, ya que cuanto mayor sea la temperatura a la que se llegue el condensado al generador de vapor más fácil será el intercambio de energía entre el fluido calefactor (humos de combustión, aceite térmico, gases de escape, etc.) y el agua. PRECALENTADORES DE BAJA PRESIÓN Como fluido calefactor para producir la elevación de temperatura del condesado se emplea el propio vapor generado en el tren de generación de vapor, previamente expandido en la turbina de vapor hasta los niveles requeridos por cada uno de los precalentadores. El primer paso de este calentamiento, además de la recuperación del calor contenido en el vapor de sellos, el eyector (en caso de existir) y en los drenajes, se produce en los precalentadores de baja presión. PRECALENTADORES DE BAJA PRESIÓN Estos precalentadores son intercambiadores carcasa-tubos. El fluido calefactor es vapor extraído de la turbina de baja presión, y que circula a través de la carcasa de los intercambiadores. Normalmente son varios y están conectados en serie, de manera que la salida de vapor saturado y mezclado con agua del primer intercambiador se une al vapor procedente de la segunda extracción de la turbina y alimenta el segundo intercambiador, y así sucesivamente. La mezcla de vapor y líquido saturado del último intercambiador que forma parte del conjunto de precalentadores de baja se conecta al condensador. Los haces tubulares pueden ser rectos o en forma de U. El condensado circula en secuencia contraria al vapor, de forma que mientras este desciende su temperatura y presión a medida que se acerca al condensador, el condensado aumenta progresivamente de temperatura hasta la entrada en el desgasificador. PRECALENTADORES DE ALTA PRESIÓN Tras el tanque de agua de alimentación, donde el condensado eleva de nuevo su temperatura, se sitúan habitualmente los precalentadores de alta presión. Esto intercambiadores, del tipo carcasa tubo, utilizan con fluido calefactor vapor de alta presión, extraido de la turbina de alta o media presión. Normalmente son dos unidos en serie, aunque son posibles otras configuraciones. El vapor extraído y el agua de alimentación no se mezclan en los intercambiadores, sino que simplemente intercambian calor. El vapor parcialmente condensado se lleva al tanque de agua de alimentación, para su aprovechamiento, mientras que el agua precalentada entra en el economizador del generador de vapor. SOBRECALENTADORES El sobrecalentador de vapor de una caldera se caracteriza por aumentar la temperatura del vapor saturado generado en un vaporizador hasta la temperatura requerida por el proceso. • Cada presión de vapor saturado tiene su temperatura correspondiente. El calor añadido al vapor seco a esta presión se la conoce como sobrecalentamiento y da como resultado una mayor temperatura que la indicada en la curva para la presión correspondiente. SOBRECALENTADOR El sobrecalentador de vapor se caracteriza por aumentar la temperatura del vapor saturado generado en un vaporizador hasta la temperatura requerida por el proceso. CALENTADORES DE AGUA O ECONOMIZADORES CONDENSACIÓN Este equipo es un economizador que calienta agua o un fluido térmico que entra a una temperatura baja (inferior a 65°C), esto produce que el agua contenida en los gases condense y se quede adherida a la pared del tubo. Para evitar las corrosiones el equipo debe ser en inoxidable. El economizador es un equipo auxiliar de la caldera, su objetivo es que el equipo eleve su eficiencia, está compuesta de una sección absorbente de calor de tubos de agua que precalienta el agua de alimentación para la caldera o generador de vapor, absorbiendo calor de la salida de gases al exterior. CALENTADOR DE AGUA Calentador abierto del agua de alimentación que usa vapor a baja presión, elimina el aceite y ventea los gases incondensables PRECALENTADORES DE AIRE • El diseño de estos equipos permite calentar aire a partir de humos de combustión de un horno o motor cuando están a una temperatura cercana a su punto de rocío habiendo riesgo de corrosión por condensación (salida de humos entre 250 y 130 ºC). • Dependiendo de lo corrosivos y de la temperatura del gas es necesario utilizar tubos de fundición, tubos de vidrio para no alcanzar el punto de rocío ácido. La presión del aire y los humos afecta al diseño para garantizar una estanqueidad total. • Precalentadores de aire reducen el consumo de combustible en las calderas y hornos de 10 a 25% mediante la recuperación de calor de los gases de escape y se pueden utilizar con todos tipos de combustibles como el carbón, gas, biomasa (madera) y gasoil. PRECALENTADORES DE AIRE Un precalentador de aire permite mejorar la eficiencia energética del horno hasta un 92% y principalmente está diseñado para funcionar en hornos de proceso, calderas e incineradores. RECUPERADORES DE CALOR APLICACIÓN: Permiten el recalentamiento del aire de combustión por gases a muy alta temperatura que provienen de los hornos de siderurgia, de fusión de vidrio, de incineradores solventes de basura y de hornos de petroquímica de H2. Recuperadores de convección Recuperadores de radiación Recuperadores estáticos a convección (500 a 1000 ºC) hornos de calentamiento galopante. En estos recuperadores la transferencia de calor entre el fluido primario y el secundario se realiza por convección. Cuando la temperatura de los humos es muy elevada, se utiliza aire de dilución para reducirla. RECUPERADORES DE CALOR Recuperadores estáticos a radiación (900 a 1500 ºC) hornos de vidrio y de forja. Recuperadores de radiación se utilizan cuando la temperatura de los humos es muy elevada y/o cuando contengan gran cantidad de polvo. La pérdida de carga lado humos es muy pequeña. ECONOMIZADORES DE AGUA Y ACEITE TÉRMICO APLICACIÓN: permiten recuperar parte del calor procedente de la combustión que emite una caldera, turbina o motor calentando el agua de alimentación o fluido térmico. El fluido se puede calentar hasta una temperatura cercana a la de saturación. El economizador se caracteriza por calentar un fluido siempre en estado líquido y sin cambio de fase. DESGASIFICADOR http://www.chardonlabs.com/resources/consequences-of-cold-feedwater-for-steam-boilers/ • http://www.aitesa.es/areas-de-negocio/productos/intercambiadores-carcasa-y-tubo/ TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALES 1 Y 2 • https://www.youtube.com/watch?v=xqdIuFmqD4M • https://www.youtube.com/watch?v=TTajwVjFcX4
