Contaminacion de aire Calderas

1. 23-1-2013
UNIVERSIDAD
POLITECNICA
SALESIANA
CALDERA ACUOTUBULAR
CONTAMINACION DEL AIRE

2. INDICE
RESUMEN
INTRODUCCION
OBJETIVOS
CAPITULO I
ANTECEDENTES
1.1. Generalidades
1.2. Antecedentes históricos
CAPITULO II
TEORIA DE CALDERAS
2.1. Definición de calderas
2.2. Clasificación de calderas
2.2.1 Clasificación Según Uso
2.2.2 Clasificación Según Presión
2.2.3 Clasificación Según Materiales de Construcción
2.2.4 Clasificación Según Tamaño
2.2.5 Clasificación Según Contenido de los Tubos
2.2.6 Clasificación Según Formas y Posición del Fogón
2.2.7Clasificación Según Combustión
2.2.8 Clasificación Según Fuentes de Calor
2.2.9 Clasificación Según Clase de Combustibles
2.2.10 Clasificación Según Fluidos Utilizados
2.2.11 Clasificación Según Sistema de Circulación
2.2.12 Clasificación Según Posición del Hogar
2.2.13 Clasificación Según Tipo del Fogón
2.2.14 Forma General

3. 2.2.15 Clasificación Según Propiedades Especiales
2.3. Tipos de calderas
2.3.1. Caldera acuotubular
2.3.1.1. Funcionamiento
CAPITULO III
METODOLOGIA
3.1. Descripción de la construcción de la maqueta
CAPITULO IV
4.1. Cuadro de diferencias entre caldera pirotubular y acuotubular
CAPITULO V
5.1. Conclusiones y recomendaciones
BIBLIOGRAFIA

4. RESUMEN
En el presente informe se describe el funcionamiento de una caldera acuotubular mediante la
utilización de una maqueta.
Se entenderá por Caldera Industrial a aquellos dispositivos presentes en diversos tipos de
industrias cuya función es la generación de vapor de alta y baja presión.
En el Capítulo I se presentan antecedentes a cerca del mundo relacionado al montaje industrial
junto a una reseña histórica.
En el Capítulo II se presenta el marco teórico de calderas industriales, definiciones y
clasificaciones, según sus características y componentes principales. Se enfatizará en la caldera
tipo acuotubular.
El Capítulo III expone la metodología para la construcción de la maqueta que representa la caldera
acuotubular.
El Capítulo IV indica un cuadro de diferencias entre las calderas pirotubulares y acuotubulares.
Finalmente, el Capítulo V recopila las conclusiones y recomendaciones obtenidas en este estudio,
basándose en la bibliografía investigada, información de montaje, y en los resultados de la
aplicación de los métodos de la construcción de una maqueta de la Caldera acuotubular.

5. INTRODUCCION
Es de vital importancia conocer el funcionamiento de una caldera a nivel industrial para saber la
eficiencia de la misma con la utilización de bagazo para la producción de vapor.
Además, durante los últimos años el sector industrial se ha desarrollado generando o creando
nueva maquinaria como es el caso de las calderas a vapor pirotubulares y acuotubulares para
facilitar el trabajo del hombre con resultados positivos.
Entonces, en este informe se describirá el funcionamiento, partes y utilización de la caldera
acuotubular en la industria basándose en la utilización de bagazo como residuo para la producción
de vapor.
OBJETIVOS
GENERAL
 Adquirir conocimiento delfuncionamiento, utilidad, sistemasde control y seguridad de las
calderas acuotubulares mediante la realización de una maqueta.
ESPECIFICOS
 Identificar las partes de unacaldera y su correctofuncionamiento.
 Exponer el funcionamiento de la caldera acuotubular mediante una maqueta en el aula
de clase.
 Establecer diferencias entre el funcionamiento de la caldera pirotubular y acuotubular.

6. MARCO TEORICO
CAPITULO I
ANTECEDENTES
1.1. Generalidades
Las calderas, en sus vertientes de vapor y agua caliente, están ampliamente extendidas tanto para
uso industrial como no industrial, encontrándose en cometidos tales como, generación de
electricidad, procesos químicos, calefacción, agua caliente sanitaria, etc. (caballano, 2013)
La instalación y montaje industrial, siempre comienza con una cuidadosa planificación de todo lo
que hay que realizar, fabricaciones en talleres, adquisiciones y transporte de materiales,
máquinas, equipos, etc., que darán paso a la creación de nuevas industrias para el
aprovechamiento de los residuos y por ende la protección del ambiente.
En el mundo industrial de hoy, si se observa como se realizan y controlan los proyectos, se
encuentra todavía el empleo de la intuición, de la inspiración y técnica rutinaria de los ingenieros,
como instrumento principal para la decisión del camino a seguir y en la mayoría de los casos el
ingeniero toma sus decisiones sin tener los datos necesarios para ello.
1.2. Antecedentes históricos
Las calderas de tubos de agua tuvieron su origena finales del siglo XVIII.
La empresa Steinmüller diseñó la primera caldera acuotubular, era una caldera con presión de 3
bar y una superficie de calefacción de 2,5 m. Desde entonces, el desarrollo de las calderas
acuotubulares ha sufrido un espectacular cambio de rumbo en lo que se refiere a presión y
capacidad. En 1927 entró en servicio la primera caldera Benson con una capacidad de 30 t/h a 180
bar y 450º C. en los años sesenta, se diseñaron calderas supercríticas, con una presión superior a
350 bar y temperaturas de más de 600 ºC. En 1970 se consiguió una producción máxima de 1000
t/h. Sólo 5 años más tarde fue posible fabricar calderas de tubos de agua con capacidades de
vapor de más de 2000 t/h. (industriales, 2013)
CAPITULO II
TEORIA DE CALDERAS
2.1. Definición de caldera
El término “Caldera” se aplica a un dispositivo de calefacción externa, para generar:
1. Vapor para fuerza, procesos industriales o calefacción.
2. Agua caliente para calefacción o para uso general.

7. Las calderas son diseñadas para transmitir el calor procedente de una fuente externa
(generalmente combustión de algún combustible), a un flujo contenido dentro de la misma
caldera, si el flujo no es agua ni vapor, se le clasifica como vaporizador (generador de vapores) o
como un calentador de líquidos térmicos.En general una caldera se concibe como un recipiente de
presión, dedicado a producir vapor de agua (cybertesis, 2013)
2.2. Clasificación de calderas
Las calderas se pueden clasificar, basándose en:
1. Uso.
2. Presión.
3. Materiales de que están construidas.
4. Tamaño.
5. Contenidos de los tubos.
6. Forma y posición de los tubos.
7. Sistema del fogón.
8. Fuente de calor.
9. Clase de combustible.
10. Fluido utilizado.
11. Sistema de circulación.
12. Posición del hogar.
13. Tipo del fogón.
14. Forma general.
(cybertesis, 2013)
2.2.1. Uso
Algunos son diseñados para proporcionar fuerza en general o calefacción, otras destinadas para
funciones más especializadas.
Sus características varían de acuerdo al servicio que prestan. Son denominadas como:
• Estacionarias (las instaladas en tierra), se utilizan para: calefacción de edificios, plantas de
calefacción central de servicio público, plantas de vapor para procesos industriales, plantas de

8. vapor para centrales termoeléctricas locales, centrales de fuerza para servicios públicos (plantas
termoeléctricas) o unidades generadoras para servicios especiales.
• Móviles (para navíos y locomotoras), se utilizan en: campos petroleros y en los aserraderos, los
generadores de vapor pequeños y los usados para molinos de vapor.
Las calderas para servicios secundarios son consideradas como auxiliares, como las usadas a
borde de los barcos para cubrir sus necesidades durante la estancia en puerto.
Las calderas de calefacción se clasifican como residenciales o comerciales.
Las utilizadas para generación de energía eléctrica, se denominan centrales termoeléctricas.
(cybertesis, 2013)
2.2.2 Presiones
• Calderas estacionarias: su construcción debe someterse a normas prescritas por el “Código de
Calderas y Tanques de Presión” de la Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos, llamado
“Código de Calderas ASME”, que diferencia a las calderas por las siguientes características:
a) Calderas de calefacción de baja presión, que comprenden todas las calderas de vapor que no
exceden de 1.05 Kg. /cm2 (160 lb. /plg2) y todas las calderas para agua caliente cuya presión no
exceden de 11.25 Kg. /cm2 (160 lb. /plg2) y cuyas temperaturas no sobrepasan los 121 ºC.
b) Calderas para generación de fuerza. Incluye a todas las calderas cuyas condiciones de
operación sobrepasan los límites señalados anteriormente. Son calderas de miniatura, todos los
tanques de presión sometidos a fuego, que no exceden los siguientes límites:
- Diámetro interior del casco 406 mm (16´´)
- Volumen máximo de 0.141 m3 (5 ft3), excluyendo: cubierta y el aislamiento
- Superficie de calefacción de 1.86 m2 (20 ft2)
- Presión máxima de trabajo 7 Kg. /cm2 (100 lb. /plg2)
• Calderas de locomotoras: estas calderas móviles para locomotoras de ferrocarril, también se
construyen de acuerdo al Código de Calderas ASME. (cybertesis, 2013)
2.2.3 Materiales
La selección de materiales para la construcción de calderas está controlada por el Código de
Calderas ASME.
Las calderas para la generación de fuerza se construyen generalmente con aceros especiales.
Las calderas de miniatura se fabrican de metales como: cobre, acero inoxidable, etc.

9. Las calderas de calefacción de baja presión, se fabrican generalmente de hierro colado o de acero.
Las calderas de acero son fabricadas con láminas de acero, procedentes de los trenes de
laminación y con tubos de acero. Las planchas de acero son unidas por costuras de remaches o
por costuras de soldadura. Los tubos se insertan dentro del tambor, en los cabezales o placas de
soporte, siendo expandidos, o soldados. (cybertesis, 2013)
2.2.4 Tamaño
La industria calderera ha reconocido las normas del Instituto de Calderas de Acero y las del
Instituto de Manufactureros de Calderas y Radiadores.
• Calderas de acero: el Instituto de Calderas de Acero, en sus “Normas para Calderas de Acero”,
estandariza el tamaño y clasificación de las calderas de fogón de acero, calderas escocesas,
quemadores para calderas y calderas de acero para calefacción (a excepción de las calderas
verticales que operan a más de 1 Kg. /cm2), de la siguiente manera:
- La determinación de la capacidad de las calderas (anteriormente colocadas en la categoría de
“comerciales”), se basa únicamente en la superficie de calefacción. Las llamadas “tamaño
veintidós” alcanzan superficies de calefacción de 12 hasta 332 m2 (129 a 571 pies2 ), con
rendimientos máximos de 163.296 a 4.536.000 Kcal. /h (648 a 18.000 MB/h)3.
- Las capacidades de las calderas (anteriormente colocadas en la categoría de” residenciales”), se
basan en la superficie de calefacción, verificadas mediante pruebas de rendimiento. Con 1.49 a
27.3 m2 de superficie de calefacción, con rendimiento nominal hasta de 453.600 Kcal. /h (1.800
MB/h).
- Las calderas para petróleo combustible y unidades formadas por calderas y quemadores, cuya
capacidad se basa sólo en las pruebas de rendimiento. Con un rendimiento nominal hasta de
453.600 Kcal. /h (1.800 MB/h).
• Calderas de hierro colado: el “Código de Pruebas y Estimaciones para Calderas de Calefacción de
baja Presión” establece las normas de las calderas de hierro para calefacción, hasta una presión
de 1.05 Kg. /cm2 (15 lb. /plg2), para un rendimiento hasta de 3.143 Kg. de vapor por hora. MB/h
significa 1.000 Btu/h (unidades térmicas británicas). (cybertesis, 2013)
2.2.5 Contenidos de los tubos
Además del tipo ordinario de caldera de cuerpo de acero, existen dos clases generalizadas de
calderas de acero:
• Calderas de tubo de humo: dotadas de tubos rectos instalados en la parte inferior de un tambor
o un casco (bajo del nivel de agua), rodeados de agua y en cuyo interior pasan los gases de la
combustión.

10. • Calderas acuotubulares: aquí los tubos contienen en su interior vapor o agua, mientras que el
fuego es aplicado en la superficie exterior de los mismos. Los tubos generalmente unidos a uno o
más domos (colocados horizontalmente por lo regular), se colocan paralelos al eje de la caldera o
en ángulo recto al eje. (cybertesis, 2013)
2.2.6 Forma y posición de los tubos
La superficie de calefacción de los tubos se clasifica por:
• Forma de los tubos (rectos, curvos o sinuosos).
• Disposición (horizontal, inclinada o vertical). (cybertesis, 2013)
2.2.7 Combustión (Sistema del fogón o fuentes de calor)
La caldera puede ser operada por fuego o por otro sistema de suministro de calor.
• Las calderas operadas por fuego, reciben el calor aplicado de la combustión de algún producto
combustible.
• Las calderas no operadas por fuego, reciben el calor necesario de cualquiera otra fuente que no
sea la combustión. (cybertesis, 2013)
2.2.8 Fuente de calor
El calor puede ser derivado de:
1. La combustión de combustibles (sólidos, líquidos o gaseosos).
2. Los gases calientes de desperdicio de otras reacciones químicas.
3. La aplicación de energía eléctrica.
4. El empleo de energía nuclear. (cybertesis, 2013)
2.2.9 Clase de combustible
Generalmente se diseñan las calderas de acuerdo al combustible a usar, por ejemplo: carbón
bituminoso, antracita (carbón fósil seco y poco bituminoso), carbón pulverizado, gas, petróleo,
leña, cortezas y otros productos de desperdicio. (cybertesis, 2013)
2.2.10 Fluido utilizado
La idea general de una caldera es producir vapor de agua. Sin embargo una gran mayoría de
calderas residenciales y muchas de mayor tamaño, tienen como finalidad el calentamiento de
agua. Algunas calderas para procesos industriales se destinan al calentamiento de productos
químicos especiales. En varias plantas de centrales termoeléctricas se han instalado calderas a
base de mercurio. (cybertesis, 2013)

11. 2.2.11 Sistema de circulación
La mayoría de las calderas trabaja con circulación natural. En algunas se usa la circulación forzada
(o circulación positiva), donde el fluido de operación es forzado “totalmente” a través de la
caldera, o se aplica una recirculación parcial controlada. (cybertesis, 2013)
2.2.12 Posición del fogón
La caldera es un dispositivo de calefacción externa, en el que la combustión tiene lugar fuera de la
región de la ebullición del agua. Todo el calor necesita ser transmitido por la superficie de
calefacción para entrar en contacto con el agua. La localización del fogón en relación a la caldera,
se indica ya en la descripción del hogar, que puede ser interno o externo, según las siguientes
consideraciones:
• El hogar es interno si la cámara en la que se desarrolla la combustión está totalmente rodeada
por superficies enfriadas por agua, como sucede en las calderas de tipo escocés o en las portátiles
con fogón en forma de caja.
• El fogón es de combustión externa, si éste es auxiliar a la caldera o si está construido debajo de
la misma.
• Las calderas fabricadas antes de la Segunda Guerra Mundial, eran de fogón externo, con ciertas
excepciones. En la actualidad, la mayoría de las calderas son de hogar interno. 33
• Una ampliación del fogón, construida con el objeto de aumentar su volumen, recibe el nombre
de horno holandés. (cybertesis, 2013)
2.2.13 Tipo del fogón
La caldera puede ser descrita según el tipo de fogón, por ejemplo: escocesa, de horno holandés,
abierta, gemela, etc. (cybertesis, 2013)
2.2.14 Forma general
Durante la evolución de la caldera, como un productor de calor, han aparecido varias formas y
diseños que son ampliamente conocidas en el comercio, incluyendo las siguientes:
• Calderas de tubos de humo, tubulares, horizontales de retorno de fogón de caja corta,
compactas, de locomotora, de tubos verticales del tipo portátil, de tipo escocés (calderas marinas
o de tierra), así como las residenciales.
• Calderas de tubo de agua (acuotubulares), en sus dos formas de tubos: rectos y de tubos
curvados.
- La caldera horizontal de tubos rectos, suele tener un cabezal de tipo de caja, hecho de placas de
acero, o un cabezal en secciones, que conecta los tubos de una hilera vertical.

12. - La caldera de tubos curvados va dotada de uno a cuatro domos:
Si éstos se colocan paralelos a los tubos, la caldera es de domo longitudinal, si éstos se colocan
transversales a los tubos, la caldera es de domo transversal o 34 cruzada, si el fogón está
encerrado entre superficies enfriadas por agua, se llama fogón de paredes de agua (o enfriado por
agua). (cybertesis, 2013)
2.2.15 Formas y características especiales
La caldera de magazín tiene un depósito de almacenamiento, que alimenta el carbón a las
parrillas del fogón por gravedad. La caldera de tubo antracítrico, es una unidad adaptada
especialmente para quemar antracita (Carbón fósil seco).
Calderas tubulares de cobre, con conductos de tubos de cobre de forma sinuosa o a manera de
horquillas, se fabrican para quemar aceites combustibles o gas.
Fuego diferencial y tangencial, son términos descriptivos relacionados con la posición y operación
de los quemadores.
Fogones gemelos, derivación del gas (puente), atemperación y recirculación del gas, son términos
relacionados con los métodos de construcción que permiten controlar la temperatura y la presión
de la caldera. (cybertesis, 2013)
2.3. Tipos de calderas
2.3.1. Caldera acuotubular
La caldera acuotubular se compone de tubos y domos; los tubos, que sirven para interconectar los
domos, quedan localizados invariablemente en la parte exterior con relación a éstos. Los domos
tienen la misión de almacenar agua y vapor; y ya que no necesitan tener ninguna superficie
tubular de calefacción, pueden fabricarse en muchos menores diámetros que los cilíndricos de las
calderas de tubos de humo y, por consiguiente pueden construirse para soportar presiones más
altas. Las calderas acuotubulares pueden ser del tipo de tubos rectos o del tipo de tubos curvados.
Los diferentes modelos de calderas de tubos curvados, con mejores características de presión y
temperatura, han ido desplazando gradualmente a la caldera de tubos rectos en los servicios de
alto rendimiento, de manera que en la actualidad este tipo de caldera se ha generalizado en la
industria productora de fuerza. (Chavez, 2013)
Las calderas acuotubulares pueden ser horizontales y verticales
2.3.2.1. Funcionamiento

13. es el agua la que recorre distintos conductos o tubos dentro del hogar u horno que en este caso
es una gran cámara de combustión donde se queman incluso los gases producidos. Este tipo de
calderas ofrece una combustión de alto rendimiento.
CAPITULO III
METODOLOGIA
3.1. Descripción de la construcción de la maqueta

14. CAPITULO IV
4.1. Cuadro de diferencias entre caldera pirotubular y acuotubular
(industriales, 2013)
CAPITULO V
5.1. Conclusiones y recomendaciones
RECOMENDACIONES
 Se recomienda instalar un sensor de monóxido de carbono (CO) para monitorear las
emisiones de gases al ambiente.

15.  Se recomienda inspeccionar periódicamente el interior de las tuberías transversales
conectadas a los dispositivos de bajo nivel de agua. Igualmente se debe inspeccionar
frecuentemente los flotadores de los dispositivos de bajo nivel para comprobar que no
hay materias extrañas que puedan impedir el movimiento del flotador.
 Es recomendable la limpieza de la caldera, la cual se la realiza por la parte posterior de la
caldera, retirando la tapa que contiene material refractario con mucho cuidado, para
proceder a la limpieza de los tubos de humos, mediante dispositivos adecuados para este
proceso.
 Se recomienda que se mantenga un registro permanente referente al funcionamiento
diario, mensual y anual de la caldera. A más de realizar pruebas de las secuencias de
seguridad, y de los instrumentos de control, mas a un si la caldera tiene ya algunos años
en funcionamiento.
 La condición de las partes de la caldera que tocan el agua en de gran importancia. Las
superficies del lado del agua deben ser inspeccionadas frecuentemente para ver si hay
incrustaciones, sedimento o corrosión
 Son recomendados al menos dos elementos de control ya que esto ayuda a proteger
contra el burbujeo y contracción dentro de la caldera que son efectos del rápido cambio
de la tasa de calentamiento. Cuando hay un incremento en la carga la presión disminuye y
se produce un burbujeo que da un valor falso del nivel de agua y si hay una disminución de
la carga la presión se eleva y las burbujas de vapor se contraen dando también un valor
falso del nivel el cual se expande cuando la presión es restaurada. Si la presión del agua de
alimentación varía, es recomendable contar con tres elementos de control para mantener
la linealidad sobre la válvula de alimentación.
BIBLIOGRAFIA