Xeradores de Vapor - Náutica Y Máquinas

Modelo del Desarrollo del Programa de una
Asignatura
CENTRO:
TITULACIÓN:
Fecha:
Hoja 1 de 15
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE NÁUTICA Y MÁQUINAS
DIPLOMADO EN MÁQUINAS NAVALES
Código: 631111306
ASIGNATURA:
Curso Académico
2005 -2006
Denominación:
Curso: 3º
1er Cuatrimestre
2º Cuatrimestre
Anual : X
GENERADORES DE VAPOR
Grupo: 01
CRÉDITOS:
Teóricos: 6
Prácticos: 1.5
Totales: 7.5
PROFESOR o PROFESORES RESPONSABLES: ALVARO BAALIÑA INSUA; ANTONIO LÓPEZ
ALONSO
ÁREA DE CONOCIMIENTO: MÁQUINAS Y MOTORES TÉRMICOS
DEPARTAMENTO: ENERGÍA Y PROPULSIÓN MARINA
Fecha de aprobación del programa:
VºBº Departamento:
OBJETIVOS:
La ausencia en cursos anteriores de una asignatura de Transmisión de Calor y teniendo en cuenta que
un generador de vapor constituye un intercambiador de calor en el que se presentan los mecanismos
fundamentales de conducción, convección y radiación, obligan a una descripción de los fundamentos
de la transferencia de calor.
Con esta base, se aborda la descripción de los distintos tipos de calderas atendiendo a diversos
criterios tales como la circulación del agua, el tipo de hogar según el combustible quemado, utilización
marina o industrial, etc. Posteriormente se realiza un desarrollo pormenorizado de los circuitos
principales de una caldera, es decir, los circuitos de agua-vapor, aire-gases de combustión y
combustible. Cada uno de los elementos constituyentes de la caldera es abordado estableciendo,
según sea el caso, las conexiones relativas a la obtención de un rendimiento máximo y un nivel de
contaminación mínimo. También se hace referencia a la normativa aplicable al diseño, construcción,
instalación, ensayos, mantenimiento y revisión (normas UNE). También se tratan de forma sucinta los
principios de la generación de vapor a través de energía nuclear.
Finalmente se desarrolla la problemática asociada al tratamiento de agua de calderas y los
fundamentos de la combustión aplicados a los generadores de vapor
SISTEMA DE EVALUACIÓN:
La calificación final estará dependerá de los resultados obtenidos en los exámenes escritos tanto
parciales como finales. La realización de las prácticas de laboratorio es condición “sine quanum” para
superar la asignatura.
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA DE LA ASIGNATURA:
Littler, D. J. et al.: Modern Power Station Practice Volume B: Boilers and Ancillary Plant. Pergamon, Oxford,
1991.
Bejan, A.: Heat Transfer. John Wiley & Sons, Nueva York, 1993
Mesny, M. Generación del Vapor. Marymar, Buenos Aires, 1976.
Port, R. D. y Herro, H. M.: Guía Nalco para el Análisis de Fallas en Calderas. McGraw-Hill, México,
1997
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Curso Académico
200 5 -2006
Fecha:
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Definición del descriptor según el Plan de Estudios
vigente
Temas o Bloques temáticos del Programa de la
Asignatura en el que se desarrolla
Tipos y descripción. Sistemas de combustión.
Tratamiento de aguas. Rendimiento. Normativa”
Transferencia de Calor
Descripción de calderas
Tratamiento de agua y combustión
Sección del Convenio STCW 78/95 que se imparte en la asignatura:
Función
Competencia
Conocimientos, comprensión y aptitud
Maquinaria Naval a
nivel operacional
Operar la maquinaria principal y auxiliar
y los sistemas de control
correspondientes
Maquinaria naval a
nivel de gestión
Hacer funcionar la máquina, controlar,
vigilar y evaluar su rendimiento y
capacidad
Maquinaria naval a
nivel de gestión
Planificar y programar las operaciones
Máquinas principal y auxiliares: 2. El
funcionamiento de las calderas de vapor,
incluidos los sistemas de combustión. 3. Los
métodos de comprobación del nivel de agua en
las calderas de vapor, y medidas procedentes
si dicho nivel es anormal. 4. La localización de
fallos corrientes sufridos por máquinas e
instalaciones en las cámaras de máquinas y de
calderas y medidas para evitar averías.
Conocimientos prácticos. Funcionamiento y
mantenimiento de : 2.- Instalaciones marinas
de propulsión a vapor.
Conocimientos teóricos: Termodinámica y
Termotransmisión
Certificados de especialidad que afectan a la asignatura:
Temas del Programa de la Asignatura en el que se
desarrolla
Certificado
Formación Básica
Avanzado Lucha Contra Incendios
Embarcaciones de Supervivencia y Botes de
Rescate (No rápidos)
Botes de Rescate Rápidos
Operador General del SMSSM
Familiarización en Buques Tanque
Buques Petroleros
Buques Gaseros
Buques Quimiqueros
Radar de Punteo Automático (ARPA)
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Fecha:
Hoja 3 de 15
Básico de Buques de pasaje
Buques de pasaje distintos a RO-RO
Buque RO-RO de pasaje
DESARROLLO DEL PROGRAMA de la Asignatura
BLOQUE TEMÁTICO Nº 1: TRANSFERENCIA DE CALOR
TÍTULO
Distribución temporal
Epígrafes detallados de cada tema
Horas
Teóricas
Temas
INTRODUCCIÓN
Horas
Prácticas
1
1.1.- IMPORTANCIA DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN
GENERADORES DE VAPOR.
2.1.- OBJETIVOS Y RELACIÓN CON OTRAS MATERIAS Y CON EL
EJERCICIO PROFESIONAL.
2.1.1.- Objetivos, contenidos, bibliografía y grupos de prácticas.
2.1.2.- Relación con otras asignaturas del Plan de Estudios. La
supervisión de las plantas de vapor destinadas a propulsión y
a otros servicios
1
CONCEPTOS GENERALES
2
1.2- FORMAS DE ENERGÍA. CALOR. PROPIEDADES TÉRMICAS Y
VOLUMÉTRICAS.
1.2.1.- Principio de conservación de la energía. Formas de energía
dinámicas.
1.2.2.- Temperatura. Gradiente de temperatura como motor de la
transferencia de calor.
1.2.3.- Propiedades térmicas de los materiales.
Fases de una sustancia.
Calor específico, viscosidad, coeficiente de dilatación.
.2- FORMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
2.2.1.- Conducción. Ley de Fourier. Coeficiente de conductividad.
2.2.2.- Convección. Ley de Newton. Coeficiente de convección. Tipos.
Convección natural.
Convección forzada.
2.2.3.- Radiación. Radiación térmica. Ley de Stefan-Boltzmann.
1
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
3
1.3- ECUACIÓN GENERAL DE TRANSFERENCIA POR CONDUCCIÓN.
1.3.1.- Ley de Fourier. Conductividad térmica.
1.3.2.- Balance de energía en un elemento tridimensional de una
barra sólida (coordenadas cartesianas). Términos
fundamentales.
Conducción, generación e inercia térmica.
Forma vectorial.
1.3.3.- Ecuación general en coordenadas cilíndricas y esféricas.
1.3.3.- Casos particulares de la ecuación general a partir de las
condiciones iniciales y de contorno.
2.3- CONDUCCIÓN UNIDIMENSIONAL EN RÉGIMEN ESTACIONARIO SIN
GENERACIÓN.
2.3.1.- Ecuación general de conducción unidimensional en régimen
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estacionario.
2.3.2.- Conducción en pared plana de caras isotermas y generación
nula.
Distribución de temperaturas y flujo de calor con
conductividad constante y variable con la temperatura.
Analogía eléctrica. Conductancia y resistencia térmicas.
Conducción en pared plana compuesta (multicapa).
Resistencia de contacto y resistencia global en conjuntos
serie y paralelo.
Conducción en pared plana simple y compuesta en entorno
convectivo. Coeficiente global de transferencia de calor U.
2.3.3.- Conducción radial en pared cilíndrica y esférica.
Perfiles de temperatura y flujo de calor en el caso de pared
simple.
Resistencia térmica y coeficiente global en pared multicapa
sin y con contorno convectivo.
Radio crítico de aislamiento.
3.3- CONDUCCIÓN UNIDIMENSIONAL EN RÉGIMEN ESTACIONARIO
CON GENERACIÓN.
3.3.1.-Distribución de temperaturas y flujo de calor en pared simple y
compuesta. Posibilidades direccionales del flujo de calor.
3.3.2.- Generación de calor en cilindros.
4.3- TRANSMISIÓN DE CALOR EN ALETAS.
4.3.1.- Incremento del flujo de calor.
4.3.2.- Balance de energía en aletas de sección constante.
Ecuación diferencial unidimensional.
Condición de contorno en la raíz.
Condiciones de contorno en la punta: aleta de longitud
infinita, punta aislada y punta con flujo de calor. Criterios de
validez.
Longitud corregida.
Resistencia equivalente de una superficie aleteada.
4.3.3.- Eficiencia y efectividad de una aleta.
Cartas de eficiencia.
Validez de la hipótesis de conducción unidireccional en
aletas.
4.3.4.- Aletas de sección variable.
5.3.- CONDUCCIÓN MULTIDIMENSIONAL EN RÉGIMEN ESTACIONARIO.
MÉTODOS APROXIMADOS.
5.3.1.- Análisis gráfico y factores de forma.
5.3.2.- Métodos numéricos.
Mallado de la superficie de conducción y distribución de
nodos.
Ecuaciones de conducción por diferencias finitas.
Analogía eléctrica.
5.3.3.- Métodos de resolución algebraica.
Método de inversión matricial.
Iteración de Gauss-Seidel.
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
4
1.4- CONCEPTOS BÁSICOS.
1.4.1.- Mecanismo de la transferencia de calor por convección.
Convección natural y forzada. Flujo interno y externo.
Ley de Newton de la convección. Coeficiente de convección.
1.4.2.- La capa límite hidrodinámica y térmica.
2.4.- ECUACIONES DIFERENCIALES DE CONSERVACIÓN.
2.4.1.- Conservación de materia, cantidad de movimiento y
energía.
Aplicación a pared plana y tubos. Simplificaciones aplicables.
3.4.- DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE CONVECCIÓN FORZADA.
3.4.1.- Análisis dimensional.
Parámetros adimensionales en convección forzada.
Números de Reynolds, Nusselt, Prandtl y Stanton.
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3.4.2.- Analogía de Reynolds y Colburn.
3.4.3.- Correlaciones para el cálculo del coeficiente de convección h
en el exterior de tubos y placas e interior de tubos.
Criterio de flujo laminar o turbulento.
Criterios de aplicación de cada una de las correlaciones y
especificación de la temperatura a la que deben ser tomadas
las propiedades del fluido.
4.4.- DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE CONVECCIÓN NATURAL.
4.4.1.- Análisis dimensional. Parámetros adimensionales dominantes.
Números de Grashof y Rayleigh.
Criterios de flujo laminar y turbulento.
4.4.2.- Relaciones empíricas aplicables en la convección natural.
Convección interna y externa en placas y tubos.
5.4.- CONVECCIÓN CON CAMBIO DE FASE. CONDENSACIÓN.
5.4.1.- Modos de convección sobre superficies.
Convección en gotas y en película.
5.4.2.- Condensación en película.
Perfiles de velocidad y temperatura en la capa límite.
Análisis diferencial de la conservación del momento lineal en
un elemento de la película laminar. Expresiones semiempíricas.
Expresiones empíricas para película laminar y turbulenta en
distintas configuraciones superficiales.
5.4.3.- Condensación en gotas.
Influencia del estado superficial y magnitud del coeficiente de
convección.
6.4.- CONVECCIÓN CON CAMBIO DE FASE. EBULLICIÓN.
6.4.1.- Modos de ebullición
Ebullición en recipientes y en flujo.
6.4.2.- Ebullición en recipientes.
Comportamiento del flujo de calor y del coeficiente de
convección en función del exceso de temperatura.
Regímenes de ebullición: Convección libre, ebullición
nucleada y pelicular. Implicaciones en el funcionamiento de
una caldera.
Punto crítico o de quemado.
Relaciones empíricas para el cálculo del flujo de calor y del
coeficiente de convección en cada régimen y para distintas
configuraciones superficiales.
6.4.3.- Ebullición con convección forzada
Variación del coeficiente de convección respecto al título del
fluido.
Regímenes de flujo: Convección forzada de líquido, flujo
burbujeante y a borbotones, flujo anular, flujo de vapor,
convección forzada de vapor.
Flujo de calor según el exceso de temperatura.
Relaciones empíricas para el cálculo del flujo de calor y del
coeficiente de convección en cada régimen y para distintas
configuraciones superficiales.
TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
5
1.5.- CONCEPTOS BÁSICOS.
1.5.1.- Radiación térmica.
Origen y naturaleza.
Longitudes de onda asociadas a la radiación térmica.
1.5.2.- Intercambio de energía por radiación.
Parámetros influyentes.
1.5.3.- Comportamiento de una superficie respecto a la radiación
térmica.
Irradiación total G.
Reflectividad, absortividad y transmisividad.
Superficie especular y difusa.
2.5.- RADIACIÓN DE UN CUERPO NEGRO.
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2.5.1.- Características del cuerpo negro.
2.5.2.- Energía asociada a un gas de fotones.
2.5.3.- Intensidad de radiación.
Ángulo sólido.
Intensidad de radiación monocromática y total del cuerpo
negro.
2.5.4.- Poder emisor.
Flujo de energía por radiación que atraviesa una superficie
hemisférica.
Poder emisor hemisférico monocromático del cuerpo negro.
Dependencia de la longitud de onda y de la temperatura.
Ley de desplazamiento de Wien.
Poder emisor hemisférico total del cuerpo negro. Ley de
Stefan-Boltzmann. Funciones de radiación.
3.5.- TRANSFERENCIA POR DE CALOR POR RADIACIÓN ENTRE
SUPERFICIES NEGRAS.
3.5.1.- Intercambio de calor entre superficies isotermas integradas en
un medio transparente. Influencia de la forma y posición.
Transferencia unidireccional y neta.
Factor de forma geométrico. Definición y significado físico.
3.5.2.- Cálculo del factor de forma.
Método analítico y gráfico.
Propiedades de los factores de forma: reciprocidad, aditiva y
recintos.
3.5.3.- Intercambio de calor entre dos superficies que conforman un
recinto.
Analogía eléctrica. Resistencia térmica de radiación.
Superficies planas paralelas e infinitas, cilindros infinitos y
esferas.
4.5.- EL MODELO DE SUPERFICIE GRIS DIFUSA.
4.5.1.- Relación entre la intensidad de radiación de una superficie real
y un cuerpo negro. Emisividad.
Emisor direccional y difusa.
Emisividad hemisférica monocromática y total.
4.5.2.- Aproximación de la emisividad como función exclusiva de la
temperatura. Modelo de superficie gris difusa.
4.5.3.- Ley de Kirchhoff.
4.5.4.- Intercambio energético entre dos superficies grises que
conforman un recinto.
Balance de energía en una superficie radiante isoterma:
irradiación, radiosidad y flujo de calor. Concepto de
resistencia interna.
Expresión general del intercambio neto entre dos superficies.
Resistencias internas y de forma.
Casos particulares aplicados a placas planas paralelas,
espacio anular entre cilindros o esferas, recinto que rodea a
una superficie convexa pequeña y superficie aislada.
4.5.5.- Intercambio energético entre varias superficies grises. Analogía
eléctrica.
Tres o más superficies que se ven entre sí. Analogía eléctrica
y método matricial.
Apantallamientos radiantes.
4.5.6.- Coeficiente de radiación.
5.5.- RADIACIÓN EN GASES.
5.5.1.- Absorción volumétrica.
Ley de Beer
Absortividad, transmisividad y emisividad total de un gas gris.
5.5.2.- Emisividad y absortividad de gases.
Estudio de mezclas de gases con un sólo componente no
transparente a la radiación. Método de Hottel. Parámetros
que influyen en la emisividad y absortividad del CO2 y del
vapor de agua. Gráficas de absortividad y emisividad y
gráficas de factores de corrección. Longitud equivalente.
Mezclas con más de un gas no transparente a la radiación.
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Fecha:
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Curso Académico
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Fecha:
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5.5.3.- Intercambio de energía por radiación entre un gas y un recinto.
Gas en un recinto negro. Intercambios parciales e
intercambio neto.
Gas gris rodeado por superficies grises difusas. Analogía
eléctrica.
Total de horas de dedicación:
19
9
BLOQUE TEMÁTICO Nº 2: DESCRIPCIÓN DE CALDERAS
TÍTULO
Distribución temporal
Epígrafes detallados de cada tema
Horas
Teóricas
Temas
INTRODUCCIÓN
6
1.6.- CONCEPTOS BÁSICOS Y DEFINICIONES.
1.6.1.- Definición de caldera de vapor.
1.6.2.- Utilidades.
Calefacción, generación de vapor para propulsión, energía
eléctrica, procesos químicos, etc.
1.6.3.- Datos fundamentales para definirlas.
Superficie de calefacción, carga térmica, producción de
vapor, rendimiento.
1.6.4.- Circuitos principales en calderas de vapor sobrecalentado.
Circuito de combustible.
Circuito de agua-vapor.
Circuito de aire-gases.
2.6.- CLASIFICACIÓN DE CALDERAS PARA GENERACIÓN DE VAPOR.
2.6.1.- Criterios de clasificación.
Según circulación del agua, localización del hogar, fluido que
circula por el interior de los tubos, según el combustible
quemado, calderas especiales.
2.6.2.- Clasificación según los distintos criterios.
1
LA CIRCULACIÓN DEL AGUA EN CALDERAS DE VAPOR
7
1.7.- INTRODUCCIÓN.
1.7.1.- Justificación de la localización de la zona de vaporización en el
hogar.
Flujo de calor máximo asociado a la vaporización. Radiación
en el hogar.
2.7.- CALDERAS DE RECIRCULACIÓN.
2.7.1.- Volumen de agua circulante en la caldera. Grado de
recirculación.
2.7.2.- Calderas de circulación natural.
Principios de funcionamiento. Efecto termosifón.
Elementos fundamentales. Colectores, tubos de retorno y
vaporizadores.
Criterios de diseño. Inconvenientes de funcionamiento y
limitaciones de la circulación natural.
2.7.3.- Calderas de circulación natural asistida.
Bombas de circulación en tubos de retorno. Mejora en la
circulación.
2.7.4.- Calderas de circulación superpuesta.
Características fundamentales: Separador vertical y bomba
de circulación.
3.7.- CALDERAS DE CIRCULACIÓN FORZADA.
3.7.1.- Calderas de circulación forzada.
Factores que han fomentado su desarrollo. Incremento de la
presión de vaporización, aumento del rendimiento y
reducción de costes de operación.
Criterio de diseño en la refrigeración del hogar: aumento del
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Horas
Prácticas
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caudal másico y reducción del diámetro de los tubos.
Ventajas de las calderas de paso forzado: menor relación
peso/producción de vapor, rapidez de respuesta frente a
variación de la carga, economía de material en el montaje.
3.7.2.- Calderas de circulación combinada.
Esquema general.
Características fundamentales y funcionamiento en distintas
condiciones de carga.
CLASIFICACIÓN DE CALDERAS SEGÚN SU DISEÑO.
8
1.8.- CALDERAS CILÍNDRICAS.
1.8.1.- De hogar exterior.
1.8.2.- De hogar interior.
2.8.- CALDERAS FUMITUBULARES.
2.8.1.- Horizontales.
2.8.2.- Verticales.
3.8.- CALDERAS ACUATUBULARES.
3.8.1.- De tubos rectos.
3.8.2.- De tubos curvos.
4.8.- CALDERAS ESPECIALES.
4.8.1.- Calderas de vaporización indirecta.
4.8.2.- Calderas de recuperación.
4.8.3.- Calderas de circulación dual.
4.8.4.- Calderas de mercurio.
4.8.5.- Calderas eléctricas.
2
2
8
2
HOGARES DE CALDERA SEGÚN EL COMBUSTIBLE QUEMADO
9
1.9.- CLASIFICACIÓN.
1.9.1.- Hogares de combustibles sólidos.
De carbón en trozos.
De carbón pulverizado.
De lecho fluidificado.
1.9.2.- Hogares de combustibles líquidos.
1.9.3.- Hogares de combustibles gaseosos.
2.9.- HOGARES DE COMBUSTIBLES SÓLIDOS.
2.9.1.- Hogares de carbón en trozos. Combustión del carbón sobre
parrilla.
Zonas de destilación, reducción, oxidación y cenizas.
Necesidad de aire primario y secundario.
Composición de los gases y distribución de temperaturas en
función de la distancia a la parrilla.
2.9.2.- Hogares con emparrillados mecánicos para la combustión de
carbón en trozos.
Clasificación.
Hogares de parrilla sin fin
Hogares de emparrillado de proyección.
Emparrillados de alimentación por debajo.
2.9.3.- Hogares de carbón pulverizado.
Ventajas respecto a los emparrillados mecánicos.
Hogares de cenizas secas y fundidas. Peculiaridades y
parámetros de funcionamiento. Problemas relacionados con
las escorias.
Sistemas de roturación y molienda. Necesidad de secado del
carbón. Factores que afectan a la capacidad de un molino.
Tipos de quemadores: laminares y de turbulencia.
Disposición de quemadores en el hogar: combustión
horizontal, vertical, tangencial y ciclónica.
Tipos de distribución de molinos y quemadores para
garantizar una combustión uniforme en todo el hogar.
2.9.4.- Lechos fluidificados.
3.9.- HOGARES DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS.
3.9.1.- Factores más influyentes sobre la combustión de combustibles
líquidos.
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Turbulencia, pulverización, mezcla del combustible y el aire
(llamas de difusión y pre-mezcla), estabilidad, elementos que
rodean a la llama.
3.9.2.- Factores necesarios para una buena combustión.
3.9.2.- Fases en la combustión de una gota de combustible.
3.9.3.- Pulverización.
Necesidad de la pulverización.
Parámetros influyentes en la pulverización.
Tipos de pulverización: mecánica y asistida.
3.9.4.- Pulverizadores y quemadores.
Características que deben reunir.
Pulverizadores mecánicos.
Pulverizadores asistidos o auxiliados por aire o vapor.
Ventajas e inconvenientes de cada sistema.
Registros de aire y métodos de iniciación de llama en los
quemadores.
Disposición de quemadores en el hogar.
3.9.5.- Sistema de preparación de combustibles pesados.
3.9.6.- Control automático de la combustión.
4.9.- Hogares de combustibles gaseosos.
4.9.1.- Características de los hogares de combustibles gaseosos.
Ventajas del gas como combustible.
Combustión del gas y quemadores.
EL CIRCUITO AGUA-VAPOR
10
1.10.- GENERALIDADES.
1.10.1.- Elementos fundamentales del circuito agua-vapor de una
caldera.
Economizador, colector de vapor, paredes de agua,
sobrecalentador y recalentador. Sopladores.
2.10.- ECONOMIZADOR.
2.10.1.- Localización, funciones y características.
Mejoras en el rendimiento y reducción de tensiones térmicas
en el colector. Localización en la caldera.
Limitación debida al punto de rocío de los gases. Incremento
de la temperatura del agua de alimentación.
Tipos de economizadores.
3.10.- COLECTOR DE VAPOR.
3.10.1.- Funciones del colector de vapor.
3.10.2.- Elementos internos.
Sistemas de alimentación y drenaje y sistemas de separación
de humedad.
3.10.3.- Elementos externos.
Válvulas de seguridad y extracción, indicadores de nivel.
3.10.4.- Sistemas de control del agua de alimentación.
4.10.- PANTALLAS VAPORIZADORAS.
4.10.1.- Detalles constructivos.
Tipos de montaje, aislamiento exterior, sistemas de
absorción de dilataciones, materiales.
5.10.- SOBRECALENTADOR Y RECALENTADOR.
5.10.1.- Funciones.
Mejoras inducidas en el rendimiento del ciclo de turbina de
vapor y reducción del grado de humedad en la expansión.
Diferencias entre sobrecalentadores y recalentadores.
5.10.2- Tipos según el modo de transferencia de calor desde los
gases.
De radiación o colgantes, convectivos y mixtos. Localización
en la caldera. Materiales empleados.
Tipo de flujo entre gases y vapor: en contracorriente, paralelo
y mixto. Ventajas e inconvenientes.
5.10.3.- Criterio de flujo en la refrigeración.
Necesidad de velocidades de flujo de vapor elevadas.
Distribución de caída de presión uniforme. Formas de
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alimentación y drenaje de los cabezales.
5.10.4- Factores que afectan a la temperatura de sobrecalentado.
Variación de la carga, aumento de la temperatura del agua
de alimentación, aumento del exceso de aire, aumento de la
humedad del vapor, cambio de combustible.
5.10.5.- Atemperación del vapor.
Necesidad de una temperatura de sobrecalentado estable.
Sistemas de atemperación de vapor: actuación directa sobre
el vapor o sobre los gases.
5.10.6.- Elementos externos.
Válvulas de seguridad y purga. Válvula principal de vapor.
6.10.- SOPLADORES DE HOLLÍN.
6.10.1.- Funciones de los sopladores.
Limpieza de las superficies de calefacción.
6.10.2.- Fluidos empleados en el soplado, tipos de sopladores y
ubicación.
Soplado con vapor o aire. Sistema auxiliar asociado.
Ventajas e inconvenientes.
Sopladores de lanza retráctil, oscilantes y de toberas
múltiples.
11
EL CIRCUITO AIRE-GASES
1.11.- GENERALIDADES.
1.11.1.- Elementos fundamentales del circuito aire-gases de una
caldera.
Ventiladores de tiro forzado, precalentador de aire, sistema
de retención de cenizas, ventiladores de tiro inducido.
2.11.- EL TIRO EN CALDERAS. VENTILADORES Y CHIMENEAS.
2.11.1.- Descripción del tiro.
Necesidad del tiro en la caldera. Tipos de tiro: natural,
forzado, inducido y equilibrado.
2.11.2.- El tiro natural.
Fundamentos del tiro natural. Parámetros influyentes:
temperatura de los gases y del aire exterior, altura de la
chimenea.
Influencia del diseño del circuito de gases sobre el tiro
natural.
Limitaciones del tiro natural. Pérdidas de carga. Velocidad de
salida de gases para su correcta dispersión.
2.11.3.- El tiro forzado e inducido.
Disposición de ventiladores. Tiro equilibrado.
Distribución de presiones a lo largo del circuito de gases.
2.11.4.- Influencia de las condiciones atmosféricas sobre el tiro.
Temperatura, presión y humedad del aire atmosférico.
Velocidad y dirección del viento.
2.11.5.- Ventiladores de tiro forzado e inducido.
Ventiladores axiales y centrífugos.
Capacidad de diseño de los ventiladores. Compensación de
fugas, etc.
Sistemas de regulación del caudal de aire para la
combustión: doble devanado, paso variable, vanos
regulables en la aspiración, acoplamiento hidráulico.
2.11.6.- Chimeneas.
Estructura interna y variación de temperatura de los gases a
lo largo de la chimenea. Criterio de construcción en el caso
de gases procedentes de varias calderas.
3.11.- PRECALENTADORES DE AIRE.
3.11.1.- Características de los precalentadores.
Función, localización y mejoras que introducen en el
rendimiento de la caldera. Tipos: recuperativos y
regenerativos.
3.11.2.- Precalentadores recuperativos.
Ventajas e inconvenientes.
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Fecha:
Hoja 11 de 15
Tipos: De flujo interior o exterior de gases (Deka), de
calentamiento por agua (Caliqua), de vaporización (Perkins).
3.11.3.- Precalentadores regenerativos.
Principio de funcionamiento. Ventajas respecto a los
precalentadores recuperativos.
Precalentador Ljungstrom.
Precalentador Rothemuhle.
4.11.- SISTEMAS DE EXTRACCIÓN DE CENIZAS.
4.11.1.- Necesidad de los sistemas de extracción.
Normativa referente a los niveles máximos de emisión de
cenizas.
Tipos de calderas que exigen extracción: hogares de cenizas
pulverulentas.
4.11.2.- Tipos de sistemas de retención.
Colectores ciclónicos, filtros bolsa, extracción húmeda y
precipitadores electrostáticos.
4.11.3.- Precipitadores electrostáticos.
Principios de funcionamiento.
Elementos constitutivos: electrodos y paneles colectores,
sistema de control de voltaje, sistema de golpeo.
Factores que afectan al rendimiento del precipitador:
granulometría, resistividad y composición química de las
cenizas.
12
ENERGÍA NUCLEAR EN LA GENERACIÓN DE VAPOR
1.12.- APLICACIONES DE LOS REACTORES NUCLEARES.
1.12.1.- Energía nuclear en la producción de vapor.
1.12.2.- Producción de radioisótopos y fines experimentales.
2.12.- COMBUSTIBLES NUCLEARES.
2.12.1.- Principios de la energía nuclear.
Conversión de materia en energía.
El proceso de fisión como fuente de energía para la
generación de vapor.
2.12.2.- Combustibles nucleares.
Materiales fisionables y fértiles.
Combustibles empleados. Uranio natural y enriquecido.
Principio de alimentación por lotes.
3.12.- EL REACTOR NUCLEAR.
3.12.1.- Descripción general del sistema.
Núcleo del reactor, moderadores y fluido refrigerante, barras
de control y vasija del reactor.
Exigencias relativas al núcleo del reactor: control de la
liberación de energía, refrigeración, protección frente a los
productos de la reacción y ahorro en combustible.
3.12.2.- Barras de combustible.
3.12.3.- Control de la liberación de energía.
3.12.4.- Vasija del reactor.
Función y estructura.
4.12.- REACTORES NUCLEARES PARA LA GENERACIÓN DE VAPOR.
4.12.1.- Tipos de reactores según el refrigerante del núcleo.
Reactores refrigerados por agua, agua pesada, gas y metal
líquido.
4.12.2.- Reactor de agua presurizada.
Diagrama general del circuito primario de refrigeración del
reactor y descripción de los distintos elementos.
Circulación del agua en el interior del reactor.
4.12.3.- Reactor de agua en ebullición.
Diagrama general del circuito, descripción y funcionamiento.
4.12.4.- Reactor de agua pesada.
5.12.- GENERADORES DE VAPOR.
5.12.1.- Reactores de agua presurizada y agua pesada.
Calderas de circulación natural: caldera vertical con tubos en
U invertida y horizontal con colector.
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2
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200 5 -2006
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Fecha:
Hoja 12 de 15
Calderas de circulación forzada.
5.12.2.- Calderas para reactores refrigerados por gas y metal líquido.
Total de horas de dedicación:
24
6
BLOQUE TEMÁTICO Nº 3: TRATAMIENTO DE AGUA DE CALDERAS Y COMBUSTIÓN
TÍTULO
Distribución temporal
Epígrafes detallados de cada tema
Horas
Teóricas
Horas
Prácticas
3
1
Temas
PROBLEMAS RELACIONADOS CON EL AGUA DE CALDERAS
13
1.13.- GENERACIÓN DE ESPUMAS Y ARRASTRES.
1.13.1.- Factores que intervienen en la formación de espumas y
arrastres.
Sustancias disueltas en el agua: sólidos en suspensión,
materia orgánica, sales, grasas y aceites.
Condiciones de operación: excesiva velocidad de ebullición y
alto nivel de agua en el colector.
Factores de diseño: ineficacia de los sistemas de secado del
colector.
1.13.2.- Consecuencias derivadas de la formación de espumas.
Arrastre de sales incrustantes y óxidos en estado vaporizado
Aumento de la resistencia térmica en sobrecalentadores,
sobrecalentamiento del metal y corrosión en las paradas.
Incrustaciones en los álabes de turbina.
1.13.3.- Prevención de la formación de espumas y arrastres.
Limpieza de la caldera tras reparaciones (eliminación de
grasas y suciedad)
Empleo de aditivos antiespumantes.
Extracciones de fondo y superficie para la eliminación de
sólidos en suspensión, sales y sílice.
2.13.- DEPÓSITOS INCRUSTANTES Y FANGOS.
2.13.1.- Mecanismos de formación.
Formación de soluciones sobresaturadas en la ebullición.
Aglomeración en el seno del fluido.
Descenso de solubilidad con la temperatura.
Productos de la corrosión y del tratamiento químico.
2.13.2.- Comportamiento de los depósitos.
Características de los depósitos según su composición.
2.13.3.- Problemas derivados de la presencia de incrustaciones y
fangos.
Aumento de la resistencia térmica del tubo y recalentamiento.
Corrosión
2.13.4.- Prevención de las incrustaciones.
Eliminación de sales incrustantes.
Control de la combustión
Extracciones.
3.13.- CORROSIÓN INTERNA DE LAS SUPERFICIES DE CALEFACCIÓN.
3.13.1.- Mecanismo de la corrosión.
3.13.2.- Causas de formación de pilas de corrosión.
Heterogeneidades del metal y del medio.
3.13.3.- Daños producidos por la corrosión.
Adelgazamiento, picaduras, agrietamiento, exfoliación y
fragilidad.
3.13.4.- Efectos de la polarización en la corrosión.
Polarización del cátodo y ánodo. Factores que fomentan e
impiden la polarización.
3.13.5.- Formación de óxido protector en aceros.
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Mecanismo de formación de magnetita. La reacción Schikorr.
3.13.6.- Factores de corrosión relacionados con la naturaleza del
agua.
Gases disueltos. Efecto despolarizador del oxígeno y del
dióxido de carbono. Origen y localización de la corrosión.
Ácidos. Factores que inducen su presencia en el agua de
caldera. Contaminación en el condensador.
Corrosión cáustica. Mecanismo, origen y localización.
Corrosión por amoníaco. Mecanismo, origen y localización.
3.13.7.- Prevención de la corrosión.
Principios de prevención en marcha y en parada.
14
TRATAMIENTO DEL AGUA PARA GENERACIÓN DE VAPOR EN
CALDERAS
1.14.-CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL AGUA DE CALDERAS.
1.14.1.- Obtención de muestras del agua de caldera.
Extracción directa. Factor de corrección.
Extracción con enfriamiento previo.
1.14.2.- Titulaciones del agua.
Dureza total, temporal y permanente. El título hidrotrimétrico
(TH) como indicador de la dureza del agua.
Título alcalimétrico TA y título alcalimétrico completo TAC.
Determinación del pH.
Materia orgánica y en suspensión.
Conductividad, contenido en sílice y oxígeno disuelto.
1.14.3.- Normativa relativa a los parámetros químicos del agua.
Valores máximos admisibles en función de la presión y del
tipo de circulación del agua.
2.14.- TRATAMIENTOS EXTERNOS DEL AGUA DE APORTE Y
CONDENSADO.
2.14.1.- Características del agua bruta.
2.14.2.- Eliminación de los sólidos en suspensión (no disueltos).
Decantación y filtración de sólidos de mayor tamaño. Empleo
de gravas y arenas. Colmatado de los filtros y limpieza.
La clarificación. Empleo de coagulantes
2.14.3.- Eliminación de las sales disueltas. Descarbonatación y
desendurecimiento.
Ablandamiento o descarbonatación por precipitación. Adición
de cal. Depuración calcosódica.
Intercambio iónico. Principio general de comportamiento de
las resinas aniónicas y catiónicas. Sustitución y
regeneración.
2.14.4.- Desmineralización.
Intercambio iónico con combinación de resinas catiónicas y
aniónicas. Ósmosis inversa y destilación.
2.14.5.- Desgasificación.
Desaireación por desorción térmica. El desaireador.
Desgasificación química. Sulfito sódico, hidracina y aminas.
3.14.- TRATAMIENTOS INTERNOS DEL AGUA DE CALDERAS.
3.14.1.- Control del pH y prevención de incrustaciones.
Origen de las sales incrustantes en el agua de una caldera
bien tratada
3.14.2.- Tratamientos con fosfatos.
Tratamiento de fosfato e hidróxido combinados. Rango de
presión aplicable. Fenómeno de ocultamiento.
Tratamiento de fosfato coordinado.
3.14.3.- Quelantes.
3.14.4.- Tratamiento con volátiles.
Empleo de aminas, amoniaco e hidracina.
3.14.5.- Eliminación de gases disueltos.
Sulfito sódico, hidracina y aminas.
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4
Curso Académico
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Fecha:
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3.14.6.- Prevención de los arrastres.
Control de la salinidad mediante purga continua o periódica.
15
PRINCIPIOS DE COMBUSTIÓN
1.15.- GENERALIDADES.
1.15.1.- Definiciones y aspectos relacionados con la combustión en
calderas.
Límites de inflamabilidad, velocidad de llama, iniciación de la
combustión, combustión completa e incompleta.
Poder calorífico superior, inferior, según se quema y útil.
Necesidad de exceso de aire para la combustión completa.
2.15.- ESTEQUIOMETRÍA DE LA COMBUSTIÓN.
2.15.1.- Oxidación de los constituyentes del combustible.
Composición del aire. Combustión del carbono. Combustión
del hidrógeno. Combustión del azufre.
2.15.2.- Combustibles sólidos y líquidos.
Composición aproximada de 1 kg de combustible.
Peso y volumen de aire la combustión estequiométrica.
Corrección para aire húmedo.
Peso y volumen de aire real para la combustión con exceso
de aire.
Peso y volumen de gases de combustión.
2.15.3.- Combustión de gases.
Composición aproximada de 1 m3 de combustible.
Volumen de aire estequiométrico y real.
Peso y volumen de gases de combustión.
2.15.4.- Composición de los gases de combustión.
Determinación de la composición porcentual de los gases de
combustión.
El porcentaje máximo de CO2 como indicador de la marcha
de la combustión.
Determinación del exceso de aire en base al contenido de
CO2.
3.15.- ANÁLISIS DEL RENDIMIENTO DE LA COMBUSTIÓN Y DEL
GENERADOR DE VAPOR.
3.15.1.- Poder calorífico del combustible.
Determinación del experimental y analítica
3.15.2.- Pérdidas por combustión incompleta.
Pérdidas por inquemados sólidos, CO, hidrógeno e
hidrocarburos.
Rendimiento de la combustión.
3.15.3.- Pérdidas por los humos.
Cálculo aproximado y exacto.
3.15.4.- Pérdidas por radiación y convección.
3.15.5.- Pérdidas por purga.
3.15.6.- Rendimiento del generador de vapor.
Total de horas de dedicación:
Formato F 03.05/3
2
5
7
10