Operaciones Unitarias

    

VAPORIZACIÓN

La vaporización es un proceso de intercambio térmico a presión constante, en el que al aplicarse calor al liquido este no eleva su temperatura; en este proceso el calor absorbe al tiempo que la fase gaseosa.

Este es un proceso simultaneo de vaporización a presión y del flujo en dos fases agua vapor, es un caso de transferencia de calor y de flujo.

La transferencia térmica es elevada por lo que el proceso de vaporización es un método ideal de refrigeración de las superficies expuestas a elevados aportes de calor.

·         El fenómeno de la vaporización en los generadores de vapor plantea problemas como:

·         La interrupción súbita de la vaporización, con los aportes de calor muy elevados

·         El presentar fluctuaciones en el régimen de circulación

·         La obtención de una eficiente separación entre vapor y agua

·         La aparición de diferencias significativas en la densidad de los fluidos en los tubos calentados y en los no calentados

GENERADOR DE VAPOR

Es el conjunto o sistema formado por una caldera y sus equipos complementarios, destinados a transformar agua de estado líquido en estado gaseoso a temperaturas y presiones atmosféricas.

CALDERAS

Las calderas de vapor son unos aparatos en los que se hace hervir agua para producir vapor. El calor necesario para caldear y vaporización el agua puede ser suministrado por un hogar, por gases calientes recuperados a la salida de otro aparato industrial (horno, por ejemplo), por el flujo refrigerador de una pila atómica, por irradiación solar o por una corriente eléctrica. Cuando el calor es suministrado por el líquido caliente o por vapor que se condensa, se suelen emplear otras denominaciones, tales como vaporizador y transformador de vapor

El sinónimo generador de vapor se emplea de preferencia cuando se habla de calderas de una cierta importancia. Si la caldera propiamente dicha está conectada a otros, de los cuales unos calientan el agua (recalentadores de agua, economizadores) o el aire de combustión (precalentador de aire), y otros recalientan el vapor (recalentadores), suele denominarse el conjunto grupo evaporador, y la parte del grupo en que se produce la evaporación se llama vaporizador o haz vaporizador. Los aparatos que quitan su vapor al fluido refrigerador de un reactor nuclear (pila atómica), si bien constituyen verdaderos evaporadores o calderas en sentido amplio de la palabra, se denominan normalmente intercambiadores. Durante su funcionamiento, la caldera propiamente dicha está sometida interiormente a la presión de equilibrio del agua y de su vapor a la temperatura alcanzada. Los otros elementos del grupo recorridos por el agua o el vapor, a partir de la bomba de alimentación (economizador, recalentador), están sometidos casi a la misma presión, pero la temperatura del fluido puede ser inferior o superior a la ebullición.

CALDEROS DE VAPOR

Es importante que las calderas incorporen los equipos más adecuados para:

·         Asegurar un correcto funcionamiento

·         Cumplir normativas de seguridad

·         Obtener la máxima eficiencia en la generación de vapor

 

 

CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS

Se clasifican según diversos criterios, relacionados con la disposición de los fluidos y su circulación, el mecanismo de transmisión de calor dominante, aspectos estructurales, modo de intercambio de calor, la forma del quemado del combustible, forma de alimentación del agua y otros muchos factores.

Basándose en algunos de estos criterios las calderas se pueden clasificar en:

Clasificación de acuerdo con la circulación de los fluídos dentro de los tubos de
la caldera:

a)      Calderas humotubulares:

En estas calderas son los humos los que circulan por dentro de tubos, mientras que el agua se calienta y evapora en el exterior de ellos.

Todo este sistema está contenido dentro de un gran cilindro que envuelve el cuerpo de presión.

Los humos salen de la caldera a temperaturas superiores a 70 C de forma que se evita la condensación del vapor de agua que contienen, evitando así problemas de formación de ácidos y de corrosión de la caldera. Al evacuar los humos calientes, se producen pérdidas de energía con la consiguiente bajada del
rendimiento de la caldera.

La caja de humos (colector de humos), es la parte de la caldera donde confluyen los gases de la combustión en su recorrido final, que mediante un  tramo de conexión se conducen a la chimenea.

 

 

b) Calderas acuotubulares:

Por dentro de tubos circula el agua y la mezcla de agua y vapor. Por fuera, generalmente en flujo cruzado, intercambian calor los humos productos de la combustión. En este tipo de calderas además el hogar (recinto donde se produce la combustión) está conformado por paredes de tubos de agua. En ellas el intercambio es básicamente por radiación desde la llama.

En este tipo de calderas es el agua o fluido térmico que se pretende calentar, es la que circula por el interior de los tubos que conforman la cámara de combustión y que están inmersos entre los gases o llamas producidas por la combustión. El vapor o agua caliente se genera dentro de estos tubos.

Existen dos tipos de agrupaciones de tubos, de subida y de bajada que se comunican entre sí en dos
domos.

c) Calderas pirotubulares:

En este tipo de caldera el humo caliente procedente del hogar circular por el interior de los tubos gases, cambiando de sentido en su trayectoria, hasta salir por la chimenea.

El calor liberado en el proceso de combustión es transferido a través de las paredes de los tubos al agua que los rodea, quedando todo el conjunto encerrado dentro de una envolvente o carcasa convenientemente calorifugada.

A través de este recorrido, el humo, ceden gran parte de su calor al agua, vaporizándose parte de esta agua y acumulándose en la parte superior del cuerpo en forma de vapor saturado. Esta vaporización parcial del agua es la que provoca el aumento de la presión del interior del recipiente y su visualización en el manómetro.

Su rendimiento global esperado a lo largo de su vida útil no supera el 65% en el mejor de los casos.

Este tipo de generadores, por su diseño no admiten presiones de trabajo elevadas, más allá de las dos o tres atmósferas; son de construcción
sencilla y disponen de moderada superficie de intercambio, por lo no se utilizan para elevadas producciones de vapor.

Son en compensación, muy económicos en costo y de instalación sencilla, por lo que su utilización actual primordial es para calefacción y producción de vapor para usos industriales.

CALDERÍN, HERVIDOR

Tienen un tamaño de menor escala en comparación a las calderas que comúnmente conocemos, cumplen las mismas funciones que las calderas, pero a menor escala de producción de vapor

Estas están destinadas a empresas que no produzcan tanto que sea algo mas óptimo para su tamaño, para satisfacer las necesidades de empresas pequeñas que no necesitan tanta fuerza mecánica para poder funcionar

Esquema de una Caldera

Partes de una Caldera de Calefacción o de Gasoil

En el siguiente esquema podemos ver cada una de las partes de una caldera de calefacción en detalle, las cuales son las mismas partes de una caldera de gasoil. También podemos observar el funcionamiento de las mismas.

Dentro de los distintos tipos de calderas, las que se instalan en estos momentos con más frecuencia en viviendas de uso doméstico, son las calderas de condensación.

Las partes de una caldera de condensación son muy similares a las de cualquier caldera de calefacción.

Partes de una Caldera

Quemador de una Caldera.

Elemento de una caldera encargado de quemar el combustible.

Hogar o Cámara de COMBUSTION.

Es la parte de la caldera donde se quema el combustible y se encuentran las temperaturas más altas.

El Circuito de Humos de una Caldera.

Su característica principal es la de conducir los humos que producen en la combustión hacia la caja de humos.

Caja de Humo de una Caldera.

Es la parte de la caldera donde confluyen los humos que después salen hacia el exterior por la chimenea.

Retorno de Agua de una Caldera.

Es la toma por donde retorna el agua que viene de los radiadores o el acumulador.

Salida de Agua de una Caldera.

Es la toma por donde el agua es enviada a la instalación una vez ha entrado en la caldera y se ha calentado.

Circuito de Agua de una Caldera.

Es la parte de la caldera por donde el agua circula mientras se calienta al absorber el calor que es transmitido por radiación, conducción y convección.

                                                           CALDERIN

Función:

También llamada “la botella de líquido” y su función es la siguiente:

alimenta la válvula de expansión de manera permanente con la ayuda del tubo interno sumergible

es un compensador de líquido, alimenta la válvula de manera permanente

es un buen recuperador de líquido en caso de intervención

Carga una capacidad de líquido suficiente para mantener un buen funciónamiento de la instalación.

Cuando el grupo está en marcha el calderin está totalmente sobre presión lo que permite al líquido de salir hacia la válvula de expansión pasando por el filtro secador sin ningún problema.

 CLASIFICACIÓN DE VAPORADORES (Calderas, calderines y hervidores)

 

Clasificación según sus características

En cuanto a los vaporadores, existen innumerables formas de clasificarlas de forma industrial, debido las calderas, calderines y hervidores, se terminan enfocando directamente a cada tipo de proceso a realizar con una función específica pero con una utilidad abrumadora, , a continuación, se enlistan las clasificaciones más comunes:

·         Según disposición de los fluidos: En este caso las calderas pueden ser calderas de tubos de agua o calderas de tubos de humo.

·         Según la transmisión del calor: Pueden ser calderas de convección, calderas de radiación o calderas de radiación y convección.

·         Según el combustible utilizado: Podemos clasificarlas como calderas de carbón, calderas de combustibles líquidos, calderas de combustibles gaseosos, calderas para combustibles especiales o calderas de recuperación de calor de gases.

·         Según el tiro: Las calderas en este caso pueden ser calderas de hogar presurizado o calderas de hogar equilibrado.

·         Según el sistema de apoyo empleado: Podrían ser calderas apoyadas o calderas suspendidas.

·         Según su implantación: Las calderas pueden ser calderas terrestres o calderas marinas.

·         Según su ubicación: Serían calderas de interior y calderas protegidas contra intemperie.

·         Según su operación: Las calderas pueden ser calderas automáticas, calderas semiautomáticas o calderas de operación manual.

·         Según la circulación de los fluidos: Podemos tener calderas de circulación natural, calderas de circulación asistida o calderas de circulación forzada.

·         Según la presión de trabajo: Las calderas pueden ser de baja presión, presión media o alta.

·         Según el sistema de vaporización: La clasificación de las calderas sería de calderas de vaporización lenta o calderas de vaporización rápida.

 

INDUSTRIA FARMACEUTICA

El vapor de calderas se aplica en diferentes procesos de producción y elaboración de medicamentos dentro de la industria farmacéutica. Entre ellos figuran procedimientos tanto de calentamiento y esterilización, como de secado y limpieza.

Cuando el grado de calidad del vapor limpio es máximo, se le denomina vapor puro, un tipo de vapor que se emplea exclusivamente en la industria farmacéutica y que responde a los requisitos más exigentes de esterilización.

Las calderas de vapor más empleadas para estos tratamientos son las pirotubulares

El uso del vapor limpio, distinto al resto de vapores industriales por no contener iones ni trazas de productos químicos procedentes del agua calentada, es indispensable en un gran número de procesos durante la elaboración de fármacos. Se genera a partir de agua somatizada.

INDUSTRIAS QUIMICA

Las calderas de vapor se utilizan en una gran cantidad de procesos de producción y elaboración de productos en la industria química, desde el calentamiento, emulsión, rectificación, secado, extracción, etc. etc..

Muchas de las calderas de vapor para la industria química están provistas de un doble sistema de aprovechamiento de calor, recuperando la energía de los gases de combustión. Dicha energía sobrante sirve para llevar a cabo el precalentamiento del agua de alimentación de la propia caldera, y al mismo tiempo, del aire de combustión que requiere el quemador. Con este sistema dual de aprovechamiento, el rendimiento total de la caldera puede pasar a ser del 99% durante todo el proceso.

INDUSTRIA DE LACTEOS

Las calderas industriales para la industria lechera y elaboración de quesos se emplean en varios procesos, como la pasteurización, la uperización, la cocción o la deshidratación. SE AJUSTAN cada caldera industrial a las necesidades que tenga cada cliente, según la producción de vapor y la potencia térmica que se requiera en cada sector.

La prolongación de la vida útil de la leche se consigue mediante una serie de pasos en los que la temperatura debe ser controlada de manera eficaz para eliminar bacterias mientras se mantienen unas propiedades deseadas. El secado a través de calderas industriales para la industria lechera es uno de ellos, y consigue que el producto pase de ser líquido a sólido estabilizando sus componentes para poder almacenarlos y usarlos posteriormente.

La uperización (también llamada ultrapasteurización o UHT) también tiene este fin, por ejemplo. Requiere el calentamiento rápido de la leche al menos a 135 °C, el mantenimiento a esa temperatura durante unos segundos y un posterior enfriamiento rápido a temperatura ambiente. De esta forma es posible conservar productos lácteos durante meses.

EN LA INDUSTRIA AGROALIMENTARIA

Las calderas de vapor industriales son hoy en día indispensables para muchos de los procesos más importantes dentro de la industria alimentaria. La cocción, la esterilización, la pasteurización, el precocinado y el envasado son algunos ejemplos.

El secado de productos comestibles que en su estado natural poseen gran porcentaje de agua también se realiza mediante vapor. Para evitar el contacto directo con la fuente de calor, el secado o deshidratación de los alimentos se realiza mediante el calentamiento de aire a través de un intercambiador. Con este tratamiento se amplía la vida útil de estos alimentos deshidratados, almacenarse durante largos periodos de tiempo conservando todas sus propiedades nutritivas y de sabor.

Con el uso de vapor también se esterilizan y pasteurizan muchos alimentos. El calor aplicado a lácteos, zumos o elaborados cárnicos, por ejemplo, asegura que se eliminen organismos patógenos que pondrían en riesgo la salud de los consumidores. Ayuda también a estabilizar el producto procesado. En determinados productos y mediante el equipo adecuado (autoclave) puede realizarse mediante el vapor el tratamiento del producto ya una vez envasado.

EN LA INDUSTRIA TEXTIL

Las calderas industriales tienen múltiples aplicaciones dentro de la industria textil. El calentamiento mediante vapor se emplea a lo largo de toda la cadena productiva de hilados, tejidos o artículos confeccionados, tanto durante la fabricación, como durante su tratamiento. Así por ejemplo el lavado, blanqueo, secado, tinte, fijación, engomado, estampación, planchado, etc. son algunos de los procesos de la industria textil que requieren de vapor y altas temperaturas generadas

La fijación del color en las fibras se realiza mediante diferentes tipos de máquinas, bañeras, autoclaves, etc. sumergiendo las fibras en el tinte y elevando la temperatura de este, hasta altas temperaturas y presiones. El vapor que procede de las calderas circulando a través de intercambiadores o directamente es el que se utiliza en este proceso. Una vez realizada la fijación del tinte los procesos siguientes de enjuagado y secado también se realizan mediante el calor procedente de la caldera.

INDUSTRIA PETROQUIMICA

El vapor de las calderas ATTSU tiene, entre sus aplicaciones, el tratamiento del petróleo para elaborar los distintos derivados comerciales que existen, como son la gasolina, el queroseno o el combustible diesel. Junto con los calentadores de aceite térmico, las calderas de vapor son equipos fundamentales en el sector petroquímico, tanto para tareas como el calentamiento, como para la extracción o el fraccionamiento del crudo.

La destilación de petróleo crudo, el craqueo térmico, el craqueo catalítico, etc. son algunos de los procesos habituales en las refinerías. Allí, las calderas de vapor industriales producen gran parte de la energía térmica necesaria. En columnas de fraccionamiento e intercambiadores se usa como fuente de calor el vapor. Además, éste se puede recuperar y reutilizar al condensarse, y también inyectarse para mejorar algunos procesos.

CONCLUSIONES

El estudio de los principios básicos de la transferencia de calor es un requisito indispensable al momento de utilizar equipos para un proceso, como es el caso del estudio de los mecanismos de conducción, convección y radiación en las calderas.

A lo largo de esta investigación se abordó la clasificación de las calderas o generadores de vapor las cuales constan de diferentes características que permiten un amplio uso dentro de la industria, usualmente se utilizan como generadores de energía eléctrica y como calentadores de fluidos (como es el caso de su aplicación en la industria petrolera). Dependiendo de la clasificación serán los componentes de estos equipos, sin embargo, independientemente de la clasificación estos equipos constan básicamente de una cámara de combustión donde se lleva a cabo la radiación, un tambor de vapor, un quemador, un haz de tubos, donde se produce el mecanismo de conducción, así como el de convección, una chimenea y deflectores, donde se lleva a cabo la convección.

Bibliografías 

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https://inndustrial.com/noticias/65-que-funcion-tienen-las-calderas-en-la-industria-de-alimentos

https://gemlsa.com/calderas-como-equipo-principal-en-la-industria/

https://es.zozen.com/solutions/boiler-for-the-food-industry.html?5xyFrom=site-NT

https://www.attsu.com/es/aplicaciones/calderas-industriales-industria-lechera-y-quesos.html

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