Generadores De Vapor

Introducción

Generalidades de los generadores de vapor

Un generador de vapor es una máquina o dispositivo de ingeniería, donde la energía química, se transforma en energía térmica. Generalmente es utilizado en las turbinas de vapor para generar vapor de agua, con energía suficiente como para hacer funcionar una turbina en un ciclo de Rankine. Los generadores de vapor, son calderas de mayor tamaño.

Elementos que conforman a un generador de vapor

Un generador de vapor consta de las siguientes partes:

 Economizador: es un dispositivo mecánico de transferencia de calor que calienta un fluido hasta su punto de ebullición, sin pasar de él. Hacen uso de la entalpía en fluidos que no están lo suficientemente calientes como para ser usados en una caldera, recuperando la potencia que de otra forma se perdería, y mejorando el rendimiento del ciclo de vapor.

 Sobrecalentador: es básicamente un intercambiador de calor gases-vapor, diseñado teniendo en cuenta las particularidades de su trabajo con gases de combustión. El objetivo es conseguir un vapor a alta temperatura que no sufra problemas de condensación en su camino desde la caldera hasta el proceso.

 Recalentador: es un dispositivo instalado en una caldera que recibe vapor súper calentado que ha sido parcialmente expandido a través de la turbina. La función del recalentador en la caldera es la de volver a súper calentar este vapor a una temperatura deseada.

 Precalentador de aire regenerativo: El componente principal del precalentador, la superficie de intercambio de calor, está compuesto por múltiples placas de metal denominadas elementos. A medida que el precalentador va rotando a una velocidad reducida (a unas 1-2 rpm), los elementos captan el calor de la corriente de gas caliente y lo transfieren a la de aire frío. Dado que se emplean las dos superficies de la placa de elementos para transferir calor de forma simultánea, este tipo de intercambiador resulta muy eficiente, compacto y especialmente adecuado para trabajar con grandes cantidades de gas caliente y aire frío.

 Hogar o Caldera: e produce la combustión y un intercambiador de calor, donde el agua se calienta. Además debe tener un sistema para evacuar los gases procedentes de la combustión.

Clasificación de los generadores de vapor

Clasificación de acuerdo a la circulación de los fluidos dentro de los tubos de la caldera

a) Calderas humotubulares

En estas calderas son los humos los que circulan por dentro de tubos, mientras que el agua se calienta y evapora en el exterior de ellos.

Todo este sistema está contenido dentro de un gran cilindro que envuelve el cuerpo de presión.

b) Calderas acuotubulares

Por dentro de tubos circula el agua y la mezcla de agua y vapor. Por fuera, generalmente en flujo cruzado, intercambian calor los humos productos de la combustión.

En este tipo de calderas además el hogar (recinto donde se produce la combustión) está conformado por paredes de tubos de agua.

En ellas el intercambio es básicamente por radiación desde la llama.

Clasificación de acuerdo a la presión de trabajo de la caldera

a) Calderas de baja presión

Calderas que producen vapor a baja presión, hasta unos 4 o 5 kg/cm2. Este rango de presiones es más común en las calderas de agua caliente que en las calderas que generan vapor.

b) Calderas de media presión

Producen vapor hasta aproximadamente 20 kg/cm2.

Generalmente vapor saturado, utilizadas en la industria en general.

c) Calderas de alta presión

Asociadas a ciclos de potencia, trabajan con presiones de 20 kg/cm2 hasta presiones cercanas a la crítica.

d) Calderas supercríticas.

Son calderas que trabajan con presiones superiores a la crítica: 225,56 ata, 374,15ƒC. Utilizadas en grandes plantas de generación de energía eléctrica, en EEUU y en algunos países de Europa, también hay algunas en Japón.

Clasificación de acuerdo a la producción de vapor

a) Calderas chicas

Producen hasta 1 o 2 toneladas de vapor saturado por hora.

b) Calderas medianas

Producciones de hasta aproximadamente 20 toneladas de vapor por hora. Las calderas chicas y medianas casi en su totalidad son calderas humotubulares de baja y media presión.

c) Calderas grandes

Calderas que producen desde 20 toneladas de vapor por hora, siendo normal encontrar producciones de 500 y 600 toneladas por hora. Generalmente vapor sobrecalentado, siendo calderas acuotubulares.

Clasificación de acuerdo al combustible utilizado

a) Calderas de combustibles líquidos

Se fabrican Generadores de Vapor de todo tipo y tamaño que utilizan combustibles líquidos.

Requieren de instalaciones de almacenaje y tanques de servicio, de elementos de precalentamiento del combustible y de sistemas de bombeo y transporte.

b) Calderas de combustible gaseosos

Utilizan tanto gas natural como GLP, aire propanado o gas obtenido en gasificadores.

Generalmente los quemadores de gas trabajan con muy baja presión, por lo que es común que tengan sistemas de reducción de presión importantes.

En el caso de tener asociado un gasificador que suministre un gas muy particulado se utilizan cámaras torsionales a fin de aumentar el tiempo de permanencia del combustible en el hogar.

Es importante lograr una buena mezcla de aire-gas.

c) Calderas de combustibles sólidos

Los combustibles sólidos utilizados son muy variados: leña en todos los tamaños (rolos, astillas, chips), deshechos de producción (pellets de madera, aserrín, bagazo de caña de azúcar, cáscara de arroz), carbón (en distintos grados de pulverización), etc.

Cada uno requerirá una tecnología apropiada para poder quemarlos de la mejor manera, desde molinos para pulverizarlos finamente hasta grillas muy sofisticadas.

Clasificación de acuerdo a la circulación del agua dentro de la caldera

Es una clasificación que tiene sentido en las calderas acuotubulares, en las humotubulares la circulación del agua en el interior es siempre por convección natural.

a) Circulación natural.

La circulación del agua y de la mezcla agua-vapor ocurre naturalmente debido a la diferencia de densidades entre el agua más fría

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