“Funcionamiento de calderas y uso eficiente energético”

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(1)Universidad Técnica Nacional. Ingeniería en Producción Industrial. Energía Aplicada IPRI 1212. Profesor: Luis Rojas Montealegre. “Funcionamiento de calderas y uso eficiente energético”. Rafael Eduardo Montero Loaiza 604450125 José David Sosa Carvajal. 604470384. Adriana María Vargas Espinoza. 604480510. Andy Fabián Aguirre Espinoza. 604350853. Oscar Germán Sandoval Mercado 01185685. III Cuatrimestre, 2019.

(2) Contenido 1.Objetivos:. 4. 1.2 Objetivo General:. 5. 1.3 Objetivos Específicos:. 5. 2.Introducción:. 7. 3.Desarrollo del proyecto:. 9. 4.Conclusiones:. 16. 5.Bibliografía. 18. 2.

(3) Índice de figuras Ilustración 1 Caldera. 11. Ilustración 2 Caldera de baja temperatura. 12. Ilustración 3 Caldera de condensación. 13. 3.

(4) 1.Objetivos:. 4.

(5) 1.2 Objetivo General: Ejecutar un estudio sobre el uso de las calderas y su funcionamiento en la industria realizando una investigación minuciosa para determinar cómo se pueden utilizar eficientemente. 1.3 Objetivos Específicos: 1. Investigar sobre las calderas a un nivel básico recopilando información para tener un conocimiento generalizado de estos procesos. 2. Determinar las ventajas y desventajas en un margen general de la utilización de las calderas en los procesos indagando información con el fin de conocer en que beneficia en la industria. 3. Concluir líneas de conocimiento como análisis obtenidos durante la realización de la investigación.. 5.

(6) 2.Introducción:. 6.

(7) Para empezar, a nivel nacional e internacional los altos niveles de competitividad por el precio y la calidad de productos debe ser una razón por la cual las empresas desarrollen medidas para ahorrar en sus costos de producción. La situación actual del país ha afectado gravemente las tarifas de gas natural y derivados, así como el agua, que son compuestos de los sistemas para la generación de calor han incrementado en los últimos años. Es importante mencionar que anteriormente estos sistemas eran baratos, efectivos y aseguraban la calidad del proceso en el que se empleaban. Las calderas siempre fueron Este aumento en los precios ha hecho que los sistemas de vapor de agua pasen de ser uno de los más baratos a ser uno de los costos de producción más considerables. La caracterización energética es una herramienta necesaria para la reducción de consumos energéticos y del control operativo del sistema y su eficiencia, es de considerar una buena implementación de sistema de gestión que administre la energía con el objetivo de identificar el nivel de eficiencia energético de la empresa.. 7.

(8) 3.Desarrollo del proyecto:. 8.

(9) Una caldera es un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua, mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica. A la combinación de una caldera y un sobrecalentador se le conoce como generador de vapor. El principio básico de funcionamiento de las calderas consiste en una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor. La estructura real de una caldera dependerá del tipo, no obstante, de forma generar podemos describir las siguientes partes: . Quemador: sirve para quemar el combustible.. . Hogar: alberga el quemador en su interior y en su interior se realiza la combustión del combustible utilizado y la generación de los gases calientes.. . Tubos de intercambio de calor: el flujo de calor desde los gases hasta el agua se efectúa a través de su superficie. También en ella se generar las burbujas de vapor.. . Separador líquido-vapor: es necesario para separar las gotas de agua liquida con los gases aún calientes, antes de alimentarla a la caldera.. . Chimenea: es la vía de escape de los humos y gases de combustión después de haber cedido calor al fluido.. . Carcasa: contiene el hogar y el sistema de tubos de intercambio de calor.. 9.

(10) Ilustración 1 Caldera Tipos de Calderas . Calderas estándar: Son equipos que están diseñados para que no se produzcan condensaciones durante los procesos de trabajo. Así, es necesario que trabajen con temperaturas altas de retorno. Dentro de esta tipología, existen subtipos que se pueden dividir en: 1. Calderas estándar de eficiencia normal: La temperatura de los humos es inferior a 240º. 2. Calderas estándar de alta eficiencia: La temperatura de los humos ronda los 140º. Las nuevas directivas de la Unión Europea relativas al ecodiseño hacen que sea un poco más complicada la instalación de este tipo de equipos en las instalaciones residenciales, ya que este tipo de viviendas no alcanzan los rendimientos que se requieren.. . Calderas de baja temperatura: Están diseñadas para que funcionen con temperaturas de agua de retorno bajas, pero sin llegar a producir condensaciones. Se aplican en instalaciones que puedan trabajar un número elevado de horas a temperaturas bajas, de esta forma se aumenta el rendimiento de generación estacional.. 10.

(11) Ilustración 2 Caldera de baja temperatura . Calderas. de. condensación:. Construidas. para. soportar. las. condensaciones sin peligro de deterioro de los equipos. Hay que recordar que los productos condensados tienen un claro componente ácido que puede deteriorar algunos elementos del sistema. Se aprovecha el proceso de condensación del vapor de agua contenido en los gases de escape para aprovechar el calor latente de vaporización del agua y aumentar así el rendimiento global del equipo. Estas, junto a las de baja temperatura, obtienen su máximo rendimiento trabajando a grados inferiores con respecto a las estándar, por lo que son más eficientes si se combinan con la tecnología de suelo radiante o radiadores de baja temperatura.. Ilustración 3 Caldera de condensación. 11.

(12) . Calderas para generar agua caliente: Se usan en los sistemas centralizados en los que la caldera se destina en exclusiva a obtener agua caliente. Pueden tener un depósito de acumulación con intercambiadores de tipo serpentín que permiten regular de manera adecuada la generación de agua caliente.. . Sistemas mixtos: Son los que sirven tanto para obtener agua para calefacción como para agua caliente sanitaria.. Eficiencia de combustión: La eficiencia de combustión de una caldera es la indicación de la capacidad del quemador para quemar combustible. 1. Método directo: Para calcular la eficiencia de la caldera mediante este método, dividimos la producción total de energía de una caldera por entrada total de energía dada a la caldera, multiplicada por cien. E = [Q (H-h)/q * GCV] * 100 Donde, Q = cantidad de vapor generado (kg/hr) H = entalpía de vapor (kcal/kg) h = entalpia del agua (kcal/kg) GCV = valor calorífico bruto del combustible. 2. Método indirecto: La eficiencia indirecta de una caldera se calcula averiguando las pérdidas individuales que se están llevando a cabo en una caldera y restando la suma del 100%. Este método consiste en averiguar las magnitudes de todas las pérdidas mensurables que se están llevando a cabo en una caldera por medidas separadas. Todas estas pérdidas se suman y restan del 100% para averiguar la eficiencia final. 12.

(13) El nivel de eficiencia energética de una caldera depende tanto del propio proceso de la combustión, como del propio aparato de la caldera que debe favorecer el intercambio de calor: Las calderas que consiguen bajar la temperatura de los humos de combustión son más eficientes. Controlar la temperatura de los humos mejora el rendimiento de cualquier caldera. En la combustión hay que proporcionar un exceso de aire para favorecer que no se produzcan inquemados. El exceso de aire supone que parte del oxígeno no actuará en la combustión y saldrá por la chimenea junto con los gases de la combustión. El rendimiento de la combustión en cada caldera tiene un punto óptimo de exceso de aire. Si a partir de ese punto se reduce el exceso de aire, el rendimiento de la combustión será menor al no lograr oxidarse totalmente los componentes del combustible, originando inquemados como el monóxido de carbono (CO). Si, por el contrario, aumenta el exceso de aire por encima de su valor óptimo, el rendimiento también disminuirá, ya que una parte del calor liberado en la combustión se destinará a calentar la mayor cantidad de aire introducido que se evacua, caliente y sin quemar, por la chimenea. La importancia del estado de conservación y mantenimiento de la caldera es muy importante, tanto por su correcto grado de puesta a punto como por su nivel de limpieza, sin incrustaciones ni hollines, para maximizar la superficie libre de intercambio. Las reglas más elementales para vigilar la eficiencia de una caldera son: . Controlar temperatura de humos.. . Controlar exceso de aire.. . Controlar el aislamiento.. . Comprobar nivel de purgas.. . Controlar limpieza en los quemadores y en el cuerpo de la caldera. El principal problema de la eficiencia energética es que aún no está impuesta en nuestra sociedad a gran escala. La apuesta por medidas más ecológicas es un 13.

(14) paso hacia el futuro que no beneficiará a todos, así como al ahorro propio. No todos los productos que usamos son eficientes, por lo que encontrar fácilmente esos productos que estamos buscando no es una tarea nada sencilla. Poco a poco, la lista de productos o condiciones que respetan la eficiencia energética se va ampliando en nuestro mercado. Por otro lado, aún no se ha establecido una competición de precios justos en el mercado, por lo que aquellos productos que son buenos para el medio ambiente son un poco más caros que los utilizados de forma tradicional. Sin embargo, si nos paramos a pensar a largo plazo, la inversión que se realiza a favor de la eficiencia energética es una auténtica apuesta por el futuro de todos. Además, esta decisión nos ayudará a ahorrar dinero, pues favorecerá a nuestros ahorros. Al final, todo se reduce en aumentar la consciencia medio ambiental. Los problemas más comunes encontrados en las calderas son: - Incrustación - Contaminación del vapor - Corrosión - Contaminación del condensado - Fragilización cáustica - Formación de lodos - Oxidación - Alta presión en el cabezal - Arrastre o vómito - Mala transferencia de calor - Formación de espuma. 14.

(15) 4.Conclusiones:. 15.

(16) 1. Se deduce que las calderas con mayor eficiencia son las de condensación debido a la recuperación de la energía de condensación esta le permite a la caldera trabajar a bajas temperaturas, mejorando la eficiencia y limitando así las emisiones de gases contaminantes. 2. Un menor uso de combustible en las calderas de condensación, hace que se dé un ahorro importante de energía, adaptando su potencia de funcionamiento evitando menos arranques y paros continuos. 3. La caldera es de suma importancia para las industrias cuya función es generar vapor el cual se utiliza para la fabricación de un producto, no solo en las fábricas como una parte de un proceso productivo si no como calefacción para grandes lugares y operando con distintos combustibles tanto sólidos como líquidos.. 16.

(17) 5.Bibliografía Pino,. F.. (s.f.).. Vix.. Obtenido. de. https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/2010/12/21/%C2%BFcomofuncionan-las-maquinas-de-vapor Rolle, K. C. (s.f.). Termodinámica. En K. C. Rolle. Pearson Prentice Hall. Recuperado el 19 de 10 de 2017. 17.

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