HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES (SÉTIMA PARTE)

HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES (SEXTA PARTE)

DEFINICIONES IMPORTANTES:

HP DEL CALDERO-BHP

La definición más aceptada para este concepto mediante la ASME (AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEER) de la siguiente manera: Es la cantidad de calor necesaria que hay que suministrar para evaporar 34.5 libras de agua por hora desde 212ºF a 212ºF En términos numéricos esto equivale a: 1 BHP = 33475 BTU/hr.

De esto se puede concluir que el HP DE CALDERA es una unidad de calor, por lo que puede ser de diferentes BHP, dependiendo de la presión y de la temperatura del agua de ingreso. También se emplea el BHP de caldero para designar el tamaño de una caldera en base a la superficie de calefacción. Para ello, la ASME teniendo en cuenta que las calderas en esa época utilizaban la superficie de calefacción de 5 pies2 para generar 34.5 lbs. de vapor por hora.

SUPERFICIE DE CALEFACCION

Según reglamento oficial alemán, es el área de la superficie medida del lado del fuego de las paredes expuestas, por un lado, o los gases que sirven para la calefacción y por el otro, con el contacto con el agua. Según ASME la superficie de calefacción de la unidad de vapor es aquella parte de la superficie de transmisión de calor del aparato, expuesto por un lado a los gases de escape y por otro en contacto con el líquido que es calentado, medida el lado que recibe calor. El valor empleado para la superficie de calefacción por cada BHP, actualmente fluctúa entre 3.5 pies2 por BHP para calderas verticales y de 5 pies2 por BHP para calderas horizontales. El optar por considerar 5 pies2 por BHP en calderas horizontales, nos permite lograr una larga vida en proporción o la capacidad a través de esta superficie que se realiza la transferencia de calor.

CAPACIDAD DE VAPORIZACION DE UNA CALDERA

Es la capacidad de un generador de vapor en kg/hr (lb/hr) indicando la presión de trabajo y la temperatura de ingreso del agua. Pero como las calderas trabajan a presiones diferentes unas con otras, así como temperaturas de ingreso de agua, surge como una forma de expresar la potencia del equipo en HP de Caldero.

HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES (QUINTA PARTE)

Los Calderos Industriales

Se emplean principalmente para proporcionar energía en forma de vapor, sin embargo, existe un amplio número de aplicaciones en las que la formación de vapor es incidental para un proceso químico; por ejemplo la unidad de recuperación química en la industria papelera, un calentador de monóxido de carbono en una refinería de petróleo o una caldera de calor residual para gas de enfriamiento en un horno de hogar abierto. En una planta industrial no es extraño que las calderas industriales sirvan para muchas aplicaciones; por ejemplo, en un molino de pulpa de papel, el calentador de recuperación química se emplea para convertir el licor negro en sustancias químicas útiles y de esta manera generar vapor para el proceso. En la misma planta una unidad de combustión de corteza recupera calor del material de desperdicio y genera también energía. Las calderas industriales queman petróleo, gas, carbón y una amplia variedad de productos y/ó subproductos.

 

Las estadísticas actuales muestran que la combustión del carbón pulverizado es la selección más apropiada para calderas grandes, cuya capacidad es superior a 113398 kg/h. Para calderas de capacidad media, es decir, de 45359 a 113398 kg/h la selección dominante es respecto a las alimentadas mecánicamente, aunque se esta incrementando el empleo de calderas que queman carbón pulverizado, ya que su mayor eficiencia térmica las hace atractivas en el limite superior del intervalo de capacidad media.

 

El factor más importante que debe considerarse cuando se comparan las calderas alimentadas mecánicamente por fogonero y las que queman carbón pulverizado es la reducción de la eficiencia debido a la pérdida de carbono. Una caldera de carbón pulverizado bien diseñada puede mantener una pérdida de eficiencia debido a que el carbono no quemado es menor a 0.4%. En una unidad de combustión alimentada mecánicamente por un alimentador distribuidor donde existe una continua descarga de cenizas, la pérdida de carbono usual será de 4 a 8%, dependiendo de la cantidad de reinyección que se logra.

HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES (CUARTA PARTE)

Continuación

HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES (TERCERA PARTE)

 

Existen dos condicionamientos básicos que determinan la solución de diseño a determinar . En primer lugar,

la naturaleza de la carga utilizar, que puede ser sólida (pulverulenta, granulada o conformada), líquida, gaseosa o mixta.

 

El primero de los casos es el más habitual,aunque, dependiendo del tipo de sólido a utilizar,el diseño puedeser completamente diferente.

El segundo condicionamiento básico es el objeto del calentamiento, es decir, el objetivo del proceso llevado a cabo: modificación de las características físicas de la carga (secado, fusión, vaporización,fritado, variaciones estructurales,

etc.) o modificación de las características físico-químicas de la carga (con participación del fluido calefactor o no). Una vez claros estos factores básicos, deben analizarse los parámetros a tener en cuenta a la hora de afrontar el diseño del horno. Los más importantes son los siguientes: fuente de energía, temperatura de trabajo del horno, geometría del horno, ciclo de trabajo, disposición de la carga, movimiento de la carga,carga del material, extracción del material una vez procesado, circuito del gas de salida y accesorios.

HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES (SEGUNDA PARTE)

Seguimos con el tema relativo a los hornos industriales; éstos se clasifican de la siguiente manera:

• TIPO DE CAJA O CABINA (BOX HEATERS)
• Tubos horizontales. Calentamiento simple
• Tubos horizontales. Calentamiento doble
• Tubos Verticales. Calentamiento doble.     

•  TIPO CILINDRO VERTICAL 

Los de primer tipo consisten en un set de cuatro paredes un suelo y un techo generalmente de acero con aislamiento interior de ladrillos refractarios. La sección de convección se sitúa en la parte superior y seguidamente se monta la chimenea. Los tubos de la sección de radiación se montan a lo largo de las paredes y la llama se genera a través de unos quemadores (burners).

 

 



 

 

 

 

 

 

Tubos horizontales. Calentamiento simple

Los tubos están montados horizontalmente en la pared lateral más larga en una capa

simple. Se pueden montar varias series de tubos en paralelo en función del caudal. Se

colocan a una distancia de la pared de 1,5 veces el diámetro de tubería.

La sección de convección se monta directamente sobre la zona de radiación y consiste

en un banco de tubos con distribución triangular equilátera y una separación de dos

veces el diámetro de tubería.

Los quemadores pueden ser de varios tipos inferiores (botton), laterales (side) y finales

(end).

 

Tubos horizontales. Calentamiento doble

En este caso están los tubos montados en el centro colgados sobre soportes.

Tubos Verticales. Calentamiento doble

Los tubos se colocan verticalmente en el centro del horno. Calentándose lateralmente.

Tipo cilíndrico vertical.

Consisten en un casco cilíndrico aislado colocado verticalmente con piso aislante y techo generalmente plano. Los quemadores se sitúan en el suelo. Los tubos se sitúan verticalmente con flujo ascendente-descendente.

La sección de convección es similar a la de los de tipo caja o cabina.



 

HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES

Son dos dispositivos, bastante comunes por cierto, pero muy importantes en procesos industriales de diversa índole: Los hornos y los calderos.

Discutiremos en éste, y algunos artículos más, lo referente al diseño óptimo y haremos énfasis en lo que es materiales, las fuentes de energía alternativa (biomasa, energía solar, etc.).

Empezaremos con los hornos o "calentadores por combustión"

 Normalmente los hornos se dividen en tres partes:

 

• Sección RADIANTE: donde los tubos están en presencia de la llama. En esta parte la transmisión de calor es por radiación en un 80 % aprox y un 20 % por convección de  la circulación de gases calientes alrededor de los tubos.
• Sección de CONVECCION: Los tubos están fuera del alcance de la llama. Los gases caliente se direccionan a través del paquete de tubos. El calor transmitido es por radiación del CO2 y H2O en los gases calientes además del calor por convección. Los tubos están equipados con aletas par mejorar las condiciones de transmisión de calor.
• Sección de BLINDAJE (SHIELD) Las primeras filas de tubos del área de convección son la zona de CHOQUE (SHOCK) en ella los tubos no tienen aletas,   reciben   la   misma   cantidad   de   calor   por   ambos mecanismos.