Propiedades Termodinámicas del Vapor y el Agua

1. Definiciones de Vapor

   • Vapor Recalentado: Proviene de una máquina a la que ha cedido parte de su energía y se vuelve a calentar.
   • Vapor Expansionado: Se obtiene al aumentar el volumen saturado sin aportarle calor.

2. Características del Agua

   Esta tabla proporciona las características del agua en diversas condiciones de presión.

3. Conceptos de Humedad

   • Humedad Absoluta: Relación entre la masa del vapor y la masa del gas contenido en una determinada masa gaseosa.
   • Humedad Relativa: Cociente entre la presión parcial del vapor en el aire y la presión de vapor saturado a la temperatura del gas.
   • Punto de Rocío: Temperatura que alcanza la masa del gas húmedo en la saturación por enfriamiento a presión constante.

4. Tipos de Calor

   • Calor Sensible: Es el calor necesario para pasar agua de 0 °C a 100 °C.
   • Calor Latente: Es el calor necesario para pasar agua líquida a vapor.

5. Título y Calor Total del Vapor

   • Título de Vapor: Es el número de kg de vapor seco por cada kg de vapor húmedo.
   • Calor Total: Calor Sensible + Calor Latente.

Generación de Vapor: Tipos de Calderas

6. Definición de Calderas

   Las calderas de vapor son equipos diseñados para producir vapor calentando agua líquida, generando vapor saturado.

7. Clasificación de Calderas

   Calderas Pirotubulares

   Los gases de la combustión discurren por el interior de unos tubos sumergidos en la masa de agua. Todo el conjunto de tubos y agua se encuentra rodeado por una carcasa exterior. Los gases circulan por los tubos al tiempo que la parte del agua más próxima a los tubos se vaporiza.

   Ventajas:

   • Capacidad de aguantar fluctuaciones de carga grandes, produciéndose solo ligeras variaciones en la presión debido a la gran cantidad de agua almacenada.
   • Bajo coste inicial.
   • Bajo coste de mantenimiento.
   • Simplicidad de instalación.

   Inconvenientes:

   • Limitación en tamaño por resistencia de la carcasa.
   • Tensiones térmicas y peligro de explosión.

   Calderas Acuotubulares

   Tubos de pequeño diámetro por los que circula agua y que quedan envueltos exteriormente por las llamas del hogar. Los tubos tienen una pequeña inclinación para facilitar la circulación de agua y el desprendimiento de vapor.

   Ventajas:

   • Pueden variar desde pequeñas vaporizaciones hasta grandes producciones.
   • Funcionan en condiciones supercríticas del vapor.
   • Funcionan a presiones de 64 kg/cm² y temperaturas inferiores a los 450 ºC.

Equipos Auxiliares y Control de la Caldera

8. Equipos Auxiliares

   Ventiladores

   Pueden usarse como aspiradores para extraer los gases del hogar (produciendo una depresión) o como impulsores (produciendo una sobrepresión).

   Chimeneas

   Los productos de la combustión se expulsan de la caldera a la chimenea. Su altura varía según las características de la caldera. Es frecuente instalar chimeneas altas cuando se trata de conseguir la máxima dispersión de la contaminación asociada a los gases.

   Economizadores

   Son cambiadores de calor que toman calor de los humos antes de su salida y lo ceden al agua de alimentación. Están formados por una sección de tubos.

   Recuperadores (Precalentadores de Aire)

   Cambiadores de calor que aprovechan una cierta cantidad de calor contenido en los humos para calentar el aire utilizado en la combustión, aumentando de esta forma la temperatura del hogar y produciendo más cantidad de vapor. Cuando se utilizan, se producen los siguientes efectos:

   • Se reducen las pérdidas de calor en los gases de combustión.
   • Aumenta la temperatura de la llama en la zona de combustión.
   • Al ser más alta la temperatura de la llama, el combustible puede ser quemado con un exceso de aire menor.
   • Algunos combustibles solo pueden ser quemados con precalentamiento del aire.

   Acumuladores

   Dispositivos que permiten almacenar vapor en momentos en que las necesidades del mismo disminuyen, pudiendo aprovechar este posteriormente.

   Recalentadores

   En el recalentador se eleva la temperatura del vapor parcialmente expansionado. Su función es semejante a la del sobrecalentador, pero a presiones mucho más bajas.

   Sobrecalentadores

   Están formados por un sistema de tubos que se interponen en el paso de los gases.

9. Instrumentos Medidores

   Válvulas de seguridad, manómetros e indicadores de nivel.

10. Documentación Esencial

    Manuales de instrucciones, del equipo de combustión y del tratamiento del agua.

11. Causas de Fallos y Explosiones

    Corrosiones o incrustaciones, y agarrotamiento de las válvulas de seguridad.

12. El Tiro de una Caldera

    El tiro es la mayor o menor facilidad con que se produce la entrada de aire al hogar y la salida de los gases de combustión a la chimenea tras su recorrido.

    Tipos de Tiro:

    • Tiro Natural: Obtenido por el diseño de la caldera al aprovechar el fenómeno físico de que los gases calientes, por su menor densidad, tienden a desplazarse hacia arriba dentro de la atmósfera.
    • Tiro Forzado: Si este tiro se obtiene a través de un medio mecánico, tal como un ventilador o inyector de vapor en la chimenea.

    Clasificación de Hogares:

    • Hogares en Depresión: Cuando la presión en el hogar es inferior a la presión atmosférica.
    • Hogares en Sobrepresión: Denominados así porque la presión es superior a la presión atmosférica o ligeramente inferior a la presión atmosférica.
    • Hogares Equilibrados: En los que el hogar permanece a la presión atmosférica o ligeramente inferior.

Tratamiento del Agua de Alimentación

13. Propósito del Tratamiento

    El agua que se introduce en la caldera para ser convertida en vapor recibe el nombre de agua de alimentación. Es crucial tratarla para evitar incrustaciones y corrosión.

14. Parámetros de Calidad del Agua

    • Dureza: Concentración de sales cálcicas y magnésicas del agua. Se expresa en mg por litro del contenido de sales.
    • Alcalinidad Total: La concentración de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos disueltos en el agua.
    • Turbiedad: La concentración de materias en suspensión.
    • pH: Expresa el grado de acidez o de alcalinidad del agua. El pH idóneo para el agua de la caldera es 7 (neutro).

15. Equipos de Tratamiento

    • Descalcificadores: Son aparatos que transforman el agua dura en blanda. Permiten sustituir los iones minerales incrustantes por iones solubles en el agua.
    • Desmineralizadores: Es necesario desmineralizar el agua de forma que se eliminen las sales que existen en el agua mediante columnas llenas de resinas plásticas que tienen la propiedad de absorber tanto los aniones como los cationes, dejando un agua prácticamente pura.

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