Máquinas Térmicas “Plantas de Potencia” – “Generadores de Vapor” Semanas 11 -12 Capacidad Terminal • Evalúa el comportamiento de las maquinas térmicas. • Evalúa y analiza la generación y uso de vapor. Competencia Específica de la Sesión • Al finalizar la sesión el alumno podrá Comparar las diferentes formas de producción en plantas de generación, transformación y procesamiento. • Al finalizar la sesión el alumno podrá identificar los componentes de un caldero y su función Contenidos a Tratar • Recordemos… • Tipos de plantas. • Generadores de Vapor. Cogeneración • Producción conjunta, en un proceso secuencial, de energía mecánica o eléctrica y al mismo tiempo generación de energía térmica útil utilizando la misma fuente de energía primaria. Comparativa Sistemas superiores e Inferiores Comparación entre Sistemas Estimación de ahorro con Cogeneración Termoeléctrica Convencional • Produce energía a partir de la combustión de carbón, fuel óleo o gas. • Utiliza combustibles fósiles. • Diferencias entre ellas: Tratamiento del combustible y diseño de quemadores • Circuito de Combustible. • Circuito Aguavapor. • Circuito Eléctrico. • Circuitos Auxiliares. Plantas de potencia de vapor comerciales • Recalentamiento (etapas múltiples) • Regeneración (extracciones múltiples) • Adición de calor casi ideal –Calentamiento del agua a temperatura constante Plantas de potencia de vapor comerciales • Las características de transferencia de calor del vapor y el agua permiten sistemas de combustión externa • La compresión del líquido condensado produce una razón de trabajo favorable Plantas de potencia de vapor comerciales • El ciclo Rankine con recalentamiento y regeneración tiene ventajas para las plantas grandes. • Las plantas pequeñas no tienen economías de escala – Combustión interna para la adición de calor. – Ciclo termodinámico diferente Combustibles sólidos (carbones) • Hulla y Lignito. Problemas con uso de carbón • • • • Difícil de tratar y quemar. Se requiere medidas anticontaminantes. Genera gases de efecto invernadero. Cómo eliminar las cenizas que se producen en la combustión. Combustibles líquidos • Fuel oil y Gas oil • Se precalientan y se queman en quemadores. • El combustible es previamente atomizado y quemado. – Aire comprimido. – Vapor. – Mecánicamente (bombas). • Sus contaminantes: Hollines ácidos y Óxidos de Azufre. Combustibles Gaseosos • Los más fáciles de quemar. • Casi no producen contaminantes. • Se usa quemadores de baja presión (De 0.009 a 0.28 kg/ cm2 de presión relativa) Primera Ley de la Termodinámica Principio de Conservación de la Energía “La energía no se puede crear ni destruir durante un proceso; sólo puede cambiar de forma” 23 Caldera • De manera elemental una caldera se puede definir como un recipiente cerrado en el cual el agua se evapora en forma continua por la aplicación de calor por medio de la quema de combustible. Ing. W. Murillo V. Quema de Combustible • Controlar y mantener una flama en un caldero. • Se puede detener cuando se desee. Generador de vapor • Equipo para generación de vapor • Componentes: – Hogar (cámara de combustión) – Caldera – Recalentadores de Vapor – Economizador – Calentador de Aire CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS: Según fluido que pasa por los tubos 1. Pirotubulares: La más utilizada para aplicaciones industriales pequeñas. La fuente de calor se transporta a través de los tubos (piro: fuego, tubular: forma de tubo) P< 20 bar 2. Acuotubulares: Las calderas de tubos de agua, son las más comunes. Ing. W. Murillo V. CALDERAS PIROTUBULARES Ing. W. Murillo V. Caldera Pirotubular • Tubos horizontales: – De un solo pase con cámara de combustión Interna. – Tipo Firebox (tubos y cámara de combustión dentro del cuerpo cilíndrico del caldero). – Locomóvil, usado como caldera de locomotora y luego estacionaria. • • • • Tubos Verticales. Tubo inclinado. Presiones de Trabajo: De 15 a 250 psig Capacidad de Generación: 7.3 a 800 BHP Caldera Pirotubular • Caldera Locomóvil: – Llegan a presiones de 350 psig. – Capacidades de Generación de hasta 1740 BHP. – Diámetro de los tubos de fuego: • 2”, 2 ½” , 3” Diesel, residual y gas. • 3”, 3 ½” , 4” Combinación de sólidos. – Diámetro del cuerpo cilíndrico: Entre 3 y 10 ft. Caldera Pirotubular • Principio de Funcionamiento: – Calentar agua por medio de tubos sumergidos CALDERAS ACUOTUBULARES Ing. W. Murillo V. Caldera Acutotubular • Responde a la necesidad de tener más capacidad y presión. • Los gases están en contacto con la superficie exterior de los tubos. • Dos diseños básicos: – Tubos rectos. – Tubos curvos. Caldera Acuotubular • Domo longitudinal: 160 a 325 psig - 5000 a 8000 lb/hr • Domo Transversal: 160 a 1450 psig – 5000 lb/hr a más. Caldera Acuotubular • Un domo longitudinal y 2 domos inferiores. • Circulación de gases en 2 pases. • 150 a 1500 psig • 7000 a 250 000 lb/hr Caldera Acuotubular • Circulación Natural: Producida por diferencia de Peso entre la columna de agua fría y la columna de líquido vapor. • Circulación Forzada: Necesita un elemento externo para producir la circulación de vapor por los tubos. CLASIFICACIÓN: Según tipo de combustible Ing. W. Murillo V. CLASIFICACIÓN: Según presión a) Calderas de baja presión Calderas que producen vapor a baja presión, hasta unos 4 o 5 kg/cm2. b) Calderas de media presión. Producen vapor hasta aproximadamente 20 kg/cm2. c) Calderas de alta presión. Ciclos de potencia, trabajan con presiones de 20 kg/cm2 hasta presiones cercanas a la crítica. Ing. W. Murillo V. CLASIFICACIÓN: Según fluido de calor portante Ing. W. Murillo V. Tipos de fluidos de calor portante Ing. W. Murillo V. CLASIFICACIÓN: Según su operación Ing. W. Murillo V. Transferencia de calor en calderos 1) Radiación: Transferencia de calor entre la llama y las paredes de los tubos 2) Convección: Transferencia de calor a través de los gases del hogar. 3) Conducción: Transferencia de calor entre pared metálica de los tubos y el agua Ing. W. Murillo V. Transferencia de calor Ing. W. Murillo V. Comparativa de Calderas de Vapor Criterio Pirotubular Acuotubular Calidad de Agua de Alimentación Menores exigencias y posible funcionamiento con salinidad del agua. Mayores exigencias, siendo necesario un bajo nivel de salinidad para su funcionamiento. Mantenimiento Fácil limpieza y acceso a todas las partes de la caldera. Más difícil de limpiar y acceso más complejo a todas las partes de la caldera. Rendimiento Mayor rendimiento y coste menor de Mantenimiento. Menor rendimiento y mayor coste de Mantenimiento. Contenido de Agua Mayor Menor Presiones Menor Mayor Tiempo de Puesta en marcha Menor Mayor Usos Industria en general (Hasta 32 bar) Generación de Vapor para producción eléctrica. PREGUNTAS 45 GRACIAS 46
