Generadores de Vapor y Calorímetros PDF

GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS  Generadores de Vapor Un generador de vapor es un dispositivo ingenieril que transforma la energía química de un combustible, como gas natural o biomasa, en energía térmica. Este proceso es fundamental en aplicaciones industriales y en...

GENERADORES DE VAPOR Y CALORÍMETROS  Generadores de Vapor Un generador de vapor es un dispositivo ingenieril que transforma la energía química de un combustible, como gas natural o biomasa, en energía térmica. Este proceso es fundamental en aplicaciones industriales y en la generación de electricidad a través de turbinas de vapor en ciclos de Rankine modificados1. Los generadores pueden clasificarse en dos tipos principales:Pirotubulares: En estos, los gases calientes de combustión fluyen a través de tubos. Acuotubulares: Aquí, el agua circula por los tubos mientras los gases calientes la rodean  Calderas con Tubo de Humo Las calderas con tubo de humo, también conocidas como calderas de tubos de fuego, son un tipo de caldera donde los gases de combustión fluyen a través de varios tubos que están inmersos en agua. Este diseño permite la transferencia de calor del gas caliente al agua, generando vapor o agua caliente. A continuación, se describen sus características, funcionamiento y ventajas.  Características Estructura: Consisten en un cilindro sellado que contiene agua y múltiples tubos por los que circulan los gases de combustión. Los tubos pueden estar dispuestos de manera longitudinal, transversal o radial. Diseño: Suelen ser horizontales o verticales, y su construcción cilíndrica es ideal para soportar presiones internas elevadas  Funcionamiento Combustión: El combustible se quema en la cámara de combustión, generando gases calientes. Circulación de Gases: Los gases calientes pasan a través de los tubos, transfiriendo su calor al agua circundante por conducción térmica. Generación de Vapor: El calor transferido calienta el agua hasta su punto de ebullición, produciendo vapor que se puede utilizar para diversas aplicaciones industriales  Ventajas Alta Eficiencia Térmica: La configuración con múltiples tubos permite una mayor superficie de intercambio térmico, lo que mejora la eficiencia en comparación con calderas con menos tubos Capacidad para Manejar Picos de Demanda: Gracias a su diseño, estas calderas pueden almacenar un gran volumen de agua, lo que les permite absorber picos en la demanda de vapor sin afectar significativamente la presión Versatilidad: Son adecuadas para una variedad de aplicaciones industriales, desde calefacción hasta generación de energía  Aplicaciones Las calderas con tubo de humo son comúnmente utilizadas en: Industria Alimentaria: Para procesos que requieren vapor. Plantas Químicas: En reacciones que necesitan control térmico. Generación Eléctrica: Como parte del ciclo en plantas térmicas.  Calderas con tubo de agua Las calderas con tubo de agua, también conocidas como calderas acuotubulares, son dispositivos utilizados para la generación de vapor o agua caliente mediante el calentamiento del agua que circula a través de tubos. A continuación, se detallan sus características, funcionamiento, ventajas y aplicaciones.  Características Diseño: En estas calderas, el agua circula por el interior de los tubos, mientras que los gases de combustión rodean estos tubos, permitiendo una eficiente transferencia de calor. Estructura: Generalmente constan de un calderín inferior donde se calienta el agua y un calderín superior donde se genera el vapor. Los tubos conectan ambos calderines.  Funcionamiento Circulación del Agua: El agua fría desciende al calderín inferior, donde es calentada por los gases calientes que la rodean. Vaporización: A medida que el agua asciende hacia el calderín superior, se convierte en vapor saturado. Extracción del Vapor: El vapor generado se extrae de la parte superior del calderín para su uso en diferentes aplicaciones industriales.  Ventajas Alta Eficiencia: La configuración permite una rápida vaporización del agua debido a la gran superficie de contacto entre los gases calientes y el agua. Capacidad para Altas Presiones: Estas calderas son capaces de operar a presiones superiores a 20 bares, lo que las hace adecuadas para aplicaciones industriales exigentes. Rápida Puesta en Marcha: Su menor volumen de agua permite una puesta en marcha más rápida en comparación con las calderas pirotubulares.  Desventajas Requisitos de Calidad del Agua: Necesitan agua de alta calidad para evitar obstrucciones en los tubos y asegurar una adecuada transferencia térmica. Costos de Mantenimiento: Los costos de limpieza y mantenimiento suelen ser más altos debido a la complejidad del sistema.  Aplicaciones Las calderas con tubo de agua son ampliamente utilizadas en: Industria Alimentaria: Para procesos que requieren vapor, como la esterilización. Centrales Termoeléctricas: En la generación de electricidad mediante vapor. Plantas Químicas y Farmacéuticas: Donde se requieren condiciones controladas de temperatura y presión. Comparación  Cálculo del Consumo de Vapor Método General Para calcular el consumo de vapor en una instalación, se deben considerar todos los consumidores de vapor y sumar sus requerimientos. Los principales tipos de consumidores son: Consumidores directos: Equipos que utilizan vapor directamente, como autoclaves. Consumidores indirectos: Intercambiadores de calor donde el vapor transfiere energía térmica a otro fluido. Pérdidas: Incluyen pérdidas por expansión y pérdidas de calor en las tuberías. Cálculo del Caudal de Vapor Necesario:  Cálculo del Caudal en Intercambiadores de Calor Para un intercambiador que calienta un fluido desde una temperatura inicial T1​a una temperatura final T2​:  Ejemplo Si se requiere calentar 15 m³/h de agua desde 20°C a 60°C con vapor a 2 bar, primero se debe calcular la energía necesaria: 1.- Calor Necesario: Suponiendo que el calor específico del agua es aproximadamente 4.18 kJ/kg·°C y la densidad del agua es 1000 kg/m³:  Ejemplo 2.- Caudal de Vapor Requerido: Si la entalpía de vaporización a 2 bar es aproximadamente 2,200 kJ/kg:  Ejercicio Una planta requiere calentar 10,000 kg/h de agua desde 25°C a 75°C. ¿Cuánto vapor se necesita si la entalpía de vaporización del agua a la presión de operación es de 2,250 kJ/kg?