EQUIPOS AUXILIARES DE LAS CALDERAS DE VAPOR 177

los recalentadores primario y secundario y equipado con un atemperador del tipo de pulverizacin, instalado en la tubera de vapor encima del recalentador. Para conseguir una temperatura de recalentamiento constante existen controles automticos maniobrados por la temperatura, los cuales actan de reguladores de la pulverizacin del agua.Regulador de/caudalEntrada del agua de alimentacinEntrada del vaporDesage124. Saturadores. En muchos procesos industriales (tales como en la fabricacin del azcar, pinturas, aceites, materias textiles, celulosa, papel y ciertos procesos relacionados con la destilacin, fermentacin, blanqueo y teido) se necesita dis. poner de vapor saturado en lugar de vapor recalentado. Si en tales industrias se necesita tambin energa, la cual pueda ser generada ms econmicamente mediante vapor recalentado, ser preciso producir a la vez vapor recalentado y vapor saturado. Si se pretende obtener estas dos clases de vapor mediante calderas independientes resulta complicado, y por esta razn todas las centrales industriales modernas reca-lientan todo el vapor y se sirven de aparatos denominados saturadores para quitar el recalentamiento de la posicin de vapor requerida por los aparatos y procesos.Fig. 87. Saturador de vapor Vulcan Copes, del tipo de pulverizacin.Los saturadores pueden ser del tipo de pulverizador (figs. 87 y 88) y del tipo de superficie. En los primeros se quita el recalentamiento inyectando agua de alimentacin de la caldera. En los segundos, mediante un intercambiador de calor, en el cual el agua y el vapor no se mezclan. Cada tipo tiene una regulacin automtica.125. Purificacin del vapor. A medida que el vapor asciende de los tubos ms bajos de una caldera, arrastra consigo agua, espuma y materias slidas en suspensin. La frase purificacin del vapor se aplica en general a un proceso utilizado para impedir que las espumas y materias slidas sean arrastradas con el vapor saturado fuera de la caldera. El aparato consiste generalmente en una combinacin de rganos, tales como ilustra la figura 89, en los cuales el vapor y el agua pasan primero por un separador centrfugo, desde donde el agua es devuelta al cuerpo cilindrico de la caldera, ascendiendoSeverns. 12178 LA PRODUCCIN DE ENERGAEntrada del aguael vapor por entre tabiques ondulados denominados secadores o scrubbers. Las gotitas de humedad que chocan contra los scrubbers tienen tendencia a adherirse a ellos retrocediendo hacia la caldera. De esta forma se impide que las partculas slidas mantenidas en suspensin entren en los tubos del recalentador, en donde la evaporacin completa hara que se depositasen en forma de incrustacin. Desde el punto de vista de limpieza los tubos de la caldera son mucho ms accesibles que los de los recalentadores, y pueden soplarse, lo cual consiste en abrir un grifo en el punto ms bajo de la caldera para dejar salir por l agua y las materias slidas en suspensin.126. Evacuacin de escorias y cenizas. En las centrales trmicas modernas se utilizan varios procedimientos para la evacuacin de cenizas, a saber : (1) evacuacin hidrulica; (2) transportadores neumticos; (3) transportadores de cadena o de cangilones; (4) camiones; (5) vagonetas sobre carriles. LaFig. 88. Saturador de vapor Schutte y Koertmg, del tipo de absorcin-pulverizacin.eleccin del procedimiento constituye un problema econmico y de conveniencia.Casi el 50 % de las cenizas producidas por el carbn pulverizado atraviesan los conductos del hogar de la caldera y van a la chimenea, de no emplear separadores de cenizas volantes, las cuales pueden ser recogidas por preci-pitadores electrostticos, lavadores de agua pulverizada o ciclones (figura 57). El procedimiento de la precipitacin electrosttica es el ms eficaz pero ms caro.En los hogares con sangrado de la escoria, las cenizas se sacan en estado lquido, y se apagan y trituran con los chorros de agua, evacundose finalmente por una canal. Este mtodo est especialmente indicado cuando las cenizas del combustible tienen una baja temperatura de fusin, inferior a 1 427 C (2 600 F). Las cenizas granuladas se conducen por una canal a un silo, de donde se pueden trasladar a vagonetas por medio de un cargador de garra. Los transportadores neumticos son los apropiados para sacar las cenizas y residuos de puntos en donde se acumulan procedentes de un hogar (ceni-EQUIPOS AUXILIARES DE LAS CALDERAS DE VAPOR 179ceros, separadores de polvo y tolvas recogedoras, situadas delante y debajo de hogares mecnicos). La instalacin consta de una tubera de hierro colado de pared gruesa que va desde el punto en donde se recogen las cenizas hasta un separador centrfugo montado sobre un depsito colector de cenizas. Un

Fig. Separador de vapor B y W, del tipo de cicln.tubo de aire que viene de la parte alta del separador centrfugo se conecta a un aspirador a vapor, situado en la base de la chimenea. Cuando hay que evacuar cenizas, el aspirador produce el vaco en toda la tubera de hierro colado, y cuando se abre una portezuela en cualquier punto del sistema, entra por ella aire, el cual circula a gran velocidad a travs del separador, hasta llegar a la chimenea. Las cenizas que entran por dicha portezuela son arrastradas por el aire al separador, en donde son lanzadas por fuerza centrfuga a una tolva situada debajo del mismo.Los transportadores de cangilones se utilizan en gran escala en pequeas instalaciones como medio de transportar las cenizas a las tolvas, de las cuales se pueden cargar por gravedad sobre camiones.180 LA PRODUCCIN DE ENERGA127. Controles de la combustin. Llmanse controles de la combustin los dispositivos automticos destinados a mantener la presin de vapor deseada y la proporcin correcta entre el combustible y el aire al variar la carga. En un principio nicamente se dispona de un manmetro y el fogonero prevea las necesidades de combustible observando las variaciones de presin. Evidentemente, con este procedimiento entraba en el hogar un gran exceso

Fig. 90. Instalacin de control Hagan para calderas que emplean como combustible gas o fuel, o bien ambos.de aire mientras estaba abierta la puerta de carga, y por otra parte las disminuciones de carga repentinas no podan corregirse con la suficiente rapidez para evitar que la caldera desvaporase a travs de las vlvulas de seguridad.Los controles automticos se sirven de energa neumtica, hidrulica o elctrica para accionar los telemotores, los cuales a su vez regulan la alimentacin de combustible y de aire rpida y simultneamente como respuesta a las variaciones de demanda de vapor. Los tipos bsicos de control en uso son : (1) de todo o nada; (2) de regulacin intermedia, y (3) volumtricos.El sistema de todo o nada, frecuentemente empleado en instalaciones domsticas, se aplica a calderitas que queman gas o fuel. La instalacin funciona a plena capacidad hasta que un termostato o presostato cierra el pasoEQUIPOS AUXILIARES DE LAS CALDERAS DE VAPOR181del combustible y del aire. Al producirse una disminucin de temperatura o presin predeterminada, se vuelve a dejar pasar el combustible y aire con caudales prefijados. En los hogares mecnicos puede utilizarse un dispositivo para mantener el fuego durante el perodo de inactividad.El sistema de regulacin intermedia o escalonada consta de un elemento sensible a las variaciones de presin que transmite impulsos a un telemotor, el cual regula la velocidad o posicin del registro de los motores de la alimentacin de combustible y aire. La instalacin debe ajustarse de manera que una disminucin dada de la presin del vapor produzca un aumento proporcional en los caudales de combustible y aire.El sistema volumtrico mide el caudal de vapor y lo regula atendiendo a los impulsos que solicitan aumento o disminucin de dicho caudal. Este procedimiento es ms sensible que el de la regulacin intermedia, puesto que no descansa en un movimiento determinado del registro para producir un aumento dado en el caudal de vapor, .sino que lo ajusta de acuerdo con el propio caudal. Por lo tanto, no queda afectado por las variaciones de tensin y cambios de la presin del aire y temperatura.La figura 90 representa una instalacin de control neumtica, en la cual el registro de la chimenea est controlado por valor del caudal de vapor; el caudal de combustible, por la presin del vapor, y el registro del ventilador de tiro forzado, por la presin reinante en el hogar. Los tres circuitos trabajan con independencia, pero simultneamente, pudindose mantener cualquier relacin combustible-aire que interese.PROBLEMAS 1.En un recalentador el vapor de agua entra a una presin absoluta de 21 kg/cm2y con un ttulo del 98 %. El vapor sale del aparato a una presin de 20,83 kg/cm2 y auna temperatura total de 315,6 C. Determinar el calor aadido en el recalentador porunidad de peso de vapor. 2.Determinar el peso de agua de alimentacin a 82,2 C necesario para quitartotalmente el recalentamiento de la unidad de peso de vapor a una presin absolutade 42 kg/cm2 y 343,3 C en un saturador del tipo de pulverizador.Solucin : 0,1119 kg por kg. 3.Un saturador del tipo de superficie recibe vapor de agua a una presin absolutade 28 kg/cm2 y a una temperatura total de 304,4 C. Se trata de saturar 4 540 kg de vaporpor hora mediante 2 270 kg de agua de alimentacin que entra a 82,2 C. Determinarla temperatura de salida del agua de alimentacin. 4.Un recalentador del tipo de conveccin recibe vapor de agua a una presinabsoluta de 31,5 kg/cm2 y con un ttulo del 98,5 %. El vapor sale del recalentador a382 C. Hallar (o) el aumento de entalpia en el recalentador, en kcal/kg; (b) el aumentodel volumen especfico, en m3/kg; y (c) el calor especfico medio del vapor recalentadoen kcal/kg/ C.182LA PRODUCCIN DE ENERGA 5.Un. hogar mecnico de parrilla de cadena sin fin de 2,91 m de anchura recibecarbn triturado de un peso especfico medio de 866 kg/m3. El carbn se halla esparcidocon un espesor uniforme de 173 mm por medio del distribuidor del carbn. Determinarla velocidad del hogar en m/min en el supuesto de que interese quemar en el hogar 6 810kg/hora. 6.Una caldera produce 22 700 kg de vapor por hora, de ttulo 0,97. Otra calderaproduce 13 620 kg por hora de vapor cuya temperatura total es de 260 C. Ambas calderas trabajan a una presin absoluta de 21 kg/cm2 y envan el vapor al mismo colector.Suponiendo que existe equilibrio trmico, cul ser la temperatura del vapor en elcolector? 7.A travs de un precalentador se hace pasar aire a razn de 81 720 kg por hora,y su temperatura pasa de 26,7 C a 176,7 C; los gases quemados, a una temperaturade 315,6 C entran en el calentador a razn de 85 352 kg por hora. Hallar la temperatura de salida de los gases quemados en el supuesto de que el calor especfico Cp para elaire y gases valga 0,25. 8.Un precalentador de aire de paso nico y a contracorriente est calculado paraenfriar 408,6 kg de gases quemados por minuto de 315,6 C a 204,4 C. La temperaturade entrada del aire es 37,8 C y su caudal es 390 kg por minuto. El calor especfico delaire es 0,24, y el de los gases, 0,25. Despreciando la radiacin, hallar la temperaturade salida del aire. 9.Se trata de secar carbn cuya temperatura es 26,7 C y que contiene 15 %de humedad en peso, mediante aire a 260 C. Para conseguirlo se hace circular el airepor el pulverizador en la proporcin de 2,5 es a 1 (en peso) con relacin al carbn. Suponer que el agua se evapora a una presin parcial absoluta de 0,07 kg/cm2; cCp = 0,24para el aire y Cp = 0,7 para el carbn. Determinar la temperatura del carbn seco y delaire a la salida del molino.

10.Un recalentador equipado con quemador de fuel y con una relacin aire-combustible de 20 es a 1 (en peso) enva los gases quemados a 871 C a travs de otro recalentador del tipo de conveccin. Los gases se enfran hasta alcanzar 704 C, con lo cualel vapor a una presin absoluta de 17,5 kg/cm2 se recalienta en la proporcin de 20 unidades de vapor saturado por unidad de combustible quemado (en peso). Determinarel recalentamiento en C aadido al vapor. Calor especfico medio de los gases, 0,26. 11.Un generador de vapor quema 363,2 kg de fuel (C12H26) Por hora con 10 %de exceso de aire y enva los productos de la combustin a travs de un recalentadordel tipo de conveccin. Los gases se enfran de 927 C a 671 C. Determinar la energaabsorbida por el recalentador en kcal por hora. Calor especfico medio de los gases, 0,26. 12. Una llama luminosa transmite calor por radiacin a un cuerpo negro segn lafrmula Q = 4,92 X 10-8 X A(T14 T24), en donde A = superficie en m2; T1 = temperatura de la llama en grados absolutos C; T2 = temperatura de la superficie del tubo,en grados abs C; Q = cantidad de calor, en kcal/hora. Calcular la energa absorbidapor hora y por m2 de superficie de recalentador, en el supuesto que la temperatura de lallama sea 1 760 C y que la de la superficie del recalentador sea 293 C. Suponer quela superficie de ste sea la de un cuerpo negro, es decir, la de un absorbedor perfectocalor radiante.Solucin : 836 923 kcal/m2.13., Los sopladores de holln actuando a intervalos de ocho horas hacen bajar 33 C la temperatura de los gases de la chimenea. En el supuesto de que se quemen porEQUIPOS AUXILIARES DE LAS CALDERAS DE VAPOR183hora 18 160 kg, produciendo, en peso, 12 unidades de gases quemados por una unidad, carbn. y que la temperatura de los gases de la chimenea en el momento del sopladosea 282 C, determinar el ahorro para un perodo de 24 horas. Suponer que el calor espe-cfico medio de los gases sea 0,26 y que el aumento de temperatura de la chimenea sealineal con el tiempo.14. Un calentador de aire se halla instalado en la entrada a la chimenea de una fbrica de cemento utilizando parte del calor perdido en los gases procedentes del horno de cemento; el aire que pasa por el calentador absorbe el 10 % del calor suministrado por el combustible al horno. Cada hora se queman 566,6 m3 de gas natural, suministrndose el aire en la proporcin de 13,2 a 1, en volumen, con respecto al gas. ste tiene una potencia calorfica de 8 900 kcal/m3; la temperatura inicial del aire es 23,9 C. Calcular la temperatura final del aire calentado. Densidad media de los gases quemados, 0,642 kg m3; del aire, 0,8 kg m3; y del gas natural, 1,123 kg m3. Emplese para el aire Cp = 0,25.\rCAPTULO VIIICALENTAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN128.Calentamiento del agua de alimentacin. Para producir econmicamente energa se necesita utilizar la mxima cantidad de calor que puedeobtenerse a partir de un combustible dado. En las modernas centrales productoras de energa el calor que podra perderse en el vapor de escape, de lasinstalaciones auxiliares o en los gases quemados que van a la chimenea, seaprovecha para calentar el agua de alimentacin de las calderas. Los vaporesde escape y de sangrado se utilizan en los calentadores del agua de alimentacin. En cuanto a los economizadores, stos funcionan como dispositivos cambiadores de calor por lo que respecta a los gases quemados.Las principales ventajas que se derivan del calentamiento del agua de alimentacin son las siguientes : (1) reduccin de las tensiones de las planchas y tubos de las calderas; (2) utilizacin del calor que de otro modo se perdera; (3) purificacin parcial del agua no tratada; (4) mayor aproximacin a los rendimientos trmicos ideales de las instalaciones con sangrado en los escalonamientos de las turbinas; (5) aligeramiento de los ltimos escalonamientos de las turbinas de vapor, de grandes volmenes de vapor a baja presin por sangrado que se envan a los calentadores del agua de alimentacin, y (6) aumento de la capacidad de la caldera.129.Economa del calentamiento del agua de alimentacin. Muchas calderas no presentan un aumento en el rendimiento al ser alimentadas conagua caliente; otras, muestran un aumento o una disminucin de rendimientodebido a la variacin de la cantidad de calor transmitido. En cualquier caso,la economa debida al calentamiento del agua de alimentacin se manifiestaen la disminucin de consumo de combustible y en el aumento del rendimientototal de la instalacin. La cantidad de combustible ahorrado en una calderaen la cual se utilizan las prdidas de calor para calentar el agua de alimentacin depende de las temperaturas inicial y final del agua de alimentaciny del calor total contenido en el vapor producido.La economa conseguida es una variable que depende de las condiciones de trabajo de la instalacin

CALENTAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN185en donde:S = porcentaje de combustible ahorrado. hg = entalpia total del vapor de la caldera, en kcal por kg. hf,1 = entalpia inicial del agua de alimentacin, en kcal por kg. h2,2 = entalpia final del agua de alimentacin, en kcal por kg.130.Clasificacin de los calentadores del agua de alimentacin. Cuando el suministro de calor de un calentador de agua procede de los gases calientes quevan a la chimenea, el calentador recibe el nombre de economizador y cuandoel calor utilizado se deriva del escape, sangrado, prensaestopas, chorro, o manantiales de vapor vivo se denomina calentador del agua de alimentacin.Los calentadores de contacto directo o tipo abierto utilizan el calor del vapor por contacto directo con el agua al mezclarse entre s. Dichos calentadores trabajan a presiones comprendidas entre un valor ligeramente inferior al de la presin atmosfrica y 2,1 kg/cm2 (presin relativa). En stos aparatos el vapor y el agua se hallan a la misma presin. En el calentador cerrado o del tipo de superficie, el calor del vapor se transmite a travs de las paredes metlicas y el vapor y el agua no estn en contacto directo. Los calentadores cerrados pueden trabajar con vapor a cualquier presin, y generalmente en ellos el vapor y el agua no estn a la misma presin.131.Calentadores del agua de alimentacin, de contacto directo. Estos calentadores pueden ser verticales u horizontales. Ambas formas de construccinconstan de las siguientes partes principales : envolvente de hierro fundidoo de acero; control de agua; purgador de agua de condensacin; grifos deevacuacin; purgadores de vapor o de aire y, ocasionalmente, separadorde vapor y aceite colocado en la entrada del vapor. Para poner en contactoel agua con el vapor en los calentadores de contacto directo, pueden utilizarsedispositivos a base de artesas u otros recipientes, sobre los cuales se derramael agua, o bien pulverizadores de agua dispuestos convenientemente. Desdehace aos se viene utilizando el acero inoxidable en la construccin de laspartes internas de los calentadores que han de estar sometidas a la accin degases corrosivos. El calentador vertical de contacto directo y desgasificadorrepresentado en la figura 91 elimina el aire y otros gases contenidos en elagua de alimentacin. El agua de alimentacin entrante pasa dos veces atravs de los tubos en forma de U del condensador-purgador, en donde elvapor procedente de la parte superior del casco envolvente del aparato setransforma en agua. sta vuelve al calentador a travs de un tubo provistode cierre hidrulico y de un pulverizador de descarga. Los gases no condensables salen del casco del condensador a travs de un tubo de evacuacindispuesto al efecto. El agua de alimentacin fluye desde los tubos del condensador hacia una caja de distribucin, la cual tiene los bordes dentados con elfin de dirigir el agua adecuadamente hacia el grupo superior de artesas esca-186 LA PRODUCCIN DE ENERGA

Fig. 91. Calentador desaireador del agua de alimentacin, tipo Swartwout, con contacto directo.lonadas. Aqu tiene lugar el calentamiento inicial del agua. sta se derrama desde las artesas superiores a las inferiores, con lo cual se va calentando y desprendiendo gases a medida que su temperatura aumenta hasta alcanzar la del vapor entrante. En general, dentro del casco del calentador el agua y el vapor circulan a contracorriente. La caja de distribucin y todas lasCALENTAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN 187artesas pueden ser de hierro fundido resistente a corrosin o bien de acero inoxidable.Los calentadores del agua de alimentacin del tipo de contacto directo dotados de condensadores-purgadores internos, necesitan instalaciones de

Receptculo recolector de aireFig. 92. Calentador desaireador del agua de alimentacin, tipo Elliot, de pulverizador y contacto directomenos altura y menos entretenimiento en el condensador que aquellos que poseen una unidad externa. El calentador representado en la figura 92 tiene en la entrada un pulverizador de acero inoxidable, el cual, junto con la caperuza colectora de escape, acta de condensador interno.El agua de alimentacin entrante es pulverizada a travs de la abertura de la caperuza del colector de escape, chocando contra los tabiques del interior de la parte alta del aparato, desde donde va goteando hacia el fondo de

188LA PRODUCCIN DE ENERGAla cmara de calefaccin. Durante su recorrido el agua es calentada por el vapor existente en la cmara, alcanzando una temperatura prxima a la del vapor. El vapor que entra por un lado del casco o envolvente del calentador pasa directamente a la seccin de desgasificacin, en donde el vapor y el agua entran en contacto cuando cada uno ha pasado por su correspondiente garganta o estrangulacin. En esta seccin el calentamiento experimentado por el agua es de escaso valor. Sin embargo, el agua y el vapor se desplazan a gran velocidad a travs de la tobera de desgasificacin, en la cual el agua se subdivide en forma de gotitas que chocan contra los tabiques del scrubber, que a continuacin se pulverizan con el vapor en el interior del cuerpo del tanque. Desde este punto, el agua calentada y desgasificada cae al compartimiento del tanque en donde se almacena; el vapor sin condensar, junto con los gases no condensables desprendidos, pasa por entre tabiques a la seccin de calentamiento. Aqu se condensa el vapor calentando el agua de alimentacin entrante, mientras que los gases salen a travs de la caperuza de escape y del tubo empalmado a ella.132.Transmisin de calor en los calentadores abiertos o de contacto directo.Tericamente, el calor cedido por el vapor debe ser igual al absorbido por elaguams(hg-hf,2) = mw(hf,2 hf,1)(185)en dondems = peso del vapor condensado, en kg. hg = entalpia total del vapor, en kcal/kg. hf,1 = entalpia del agua de entrada, en kcal/kg. hf,2 = entalpia del agua de salida, en kcal/kg. mw = peso de agua calentada, en kg.En la realidad no pueden evitarse algunas prdidas de calor, y, como consecuencia, el valor de ms siempre ser mayor que la cantidad calculada a partir de la frmula (185) para una cantidad de agua dada cuya temperatura se ha elevado de t1 a t2 a expensas del vapor de un cierto ttulo y presin. Las prdidas de calor pueden oscilar entre el 5 y el 10 % del calor del vapor realmente utilizado en el calentador. El peso del agua que sale del calentador es igual a la suma del peso de agua suministrada y del correspondiente al vapor condensado.133.Calentadores cerrados o de superficie. En los calentadores del tipode superficie o cerrados el vapor y el agua nunca estn en contacto. Enconsecuencia, estos calentadores pueden trabajar a presiones muy diversas.Las partes esenciales de un calentador cerrado o de superficie consisten enuna coraza.envolvente en cuyo interior se encuentran los tubos o serpentines, a travs de los cuales circula el agua o el vapor. Los tubos pueden serrectos, helicoidales, en espiral o en forma de U. Estos ltimos se denominangeneralmente tubos curvados. Los calentadores en que el agua circula porCALENTAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN 189el interior de los tubos o serpentines se conocen con el nombre de calentadores de tubos de agua; si lo que circula por el interior de los tubos es el vapor, se llaman calentadores de tubos de vapor. Los ms corrientes son los de tubos de agua; el vapor y el agua pueden circular en el mismo sentido o en sentido opuesto, es decir, en equicorriente o en contracorriente. En los calentadores de flujo nico el agua circula solamente en un sentido; en los calentadores de flujo mltiple el agua circula hacia atrs y hacia delante en varias series de

Fig. 93. Calentador Lummus para el agua de alimentacin, del tipo de superficie.tubos. Los calentadores cerrados se instalan generalmente entre la bomba de alimentacin de la caldera y la caldera.En la figura 93 se representa un calentador cerrado del tipo de superficie, de tubo recto y provisto de coraza cilindrica. El agua pasa dos veces a travs de la superficie de calentamiento constituida por tubos de pequeo dimetro que terminan por un extremo en una cabeza fija, y por el otro en una cabeza flotante, la cual se mueve para compensar las tensiones producidas por la dilatacin o por la contraccin de los tubos.Otros calentadores del tipo de superficie tienen los tubos curvados, por cuyo interior circula el agua, de forma idntica, pero de distinto dimetro a los representados en el condensador-purgador de la figura 91. Los tubos curvados permiten suprimir la cabeza mvil o flotante del calentador de la figura 93.Los calentadores del tipo de la figura 93 pueden funcionar como : (1) condensadores directos; (2) saturados y condensadores; (3) condensadores y sobre-enfriadores, y (4) saturadores, condensadores y sobreenfriadores. Al trabajar como sobreenfriadores la temperatura del vapor condensado queda por debajo de la normal del lquido saturado a la presin del vapor contenido dentro del calentador. La saturacin puede conseguirse por medio de un tabique constituido por tubos colocado a la entrada del vapor. El sobreenfriamiento del190LA PRODUCCIN DE ENERGAvapor condensado se obtiene con un recinto en forma de corona con relacin a los tubos, a travs de la cual pasa primero el agua para evitar que el vapor se ponga en contacto con aqullos.134. Transmisin de calor en los calentadores del tipo de superficie o cerrados. Los principios bsicos de la transmisin de calor, en los calentadores de agua de alimentacin cerrados y en los condensadores del.tipo de superficie, son esencialmente similares. Y si en el clculo de los calentadores cerrados se da cierto margen a los coeficientes, pueden emplearse las mismas leyes que las correspondientes a los condensadores de superficie (vase prr. 233).La cantidad de calor cedida en un calentador por unidad de superficie de calefaccin depende de la velocidad a la cual circula el agua a travs del calentador, as como de la diferencia media de temperatura entre el vapor y el agua. Un aumento en uno o en ambos de dichos factores hace aumentar la cantidad de calor absorbido por el agua. Sin embargo, es preciso tambin establecer un tiempo suficiente para que el aumento de temperatura pueda alcanzar un mximo en las condiciones de funcionamiento. En general, y en igualdad de condiciones, un calentador que tenga un gran nmero de pasos de pequea seccin recta transmitir ms calor que otro que tenga pocos pasos de gran seccin.En todo calentador del tipo de superficie el valor de la superficie A de transmisin de calor viene dado por la siguiente expresin:

En dondets = temperatura del vapor calefactor, en C.tc = temperatura del vapor condensado saliente, en C.t1 = temperatura del fluido entrante, en C.t2 = temperatura del fluido saliente, en C.h1 = entalpia del fluido entrante, en kcal/kg.h2 = entalpia del fluido saliente, en kcal/kg.mw = peso del fluido calentado por hora, en kg.U = coeficiente de transmisin de calor, en kcal/m2/h y grado C de diferenciamedia de temperatura. A = superficie en m2. 8m = diferencia logartmica media de temperatura, en C.El valor de 8m viene dado por la expresin:

Los valores de U para el agua oscilan entre 585,6 y 7 320 kcal/m2/h/ y grado C de diferencia de temperatura. Los valores medios de U dependen delCALENTAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN 191tipo de calentador, de las diferencias de temperatura entre el vapor y el agua y de la velocidad a la cual sta circula, oscilando entre 976 y 2 928 kcal.135.Recuperadores. Llmanse recuperadores a grupos de tubos, por cuyointerior circula agua, situados en elpaso de los gases quemados, utilizados para calentar el agua de alimentacin de las calderas. Los materiales de que estn construidos son el acero y el hierro colado. Pueden estar emplazados al final del camino de los gases quemados en el hogar de la cal dera y tambin entre el hogar y la chimenea. La corrosin interna de los tubos se evita empleando agua de alimentacin convenientemente tratada, y la corrosin externa, manteniendo la temperatura de los gases quemados suficientemente alta para impedir la formacin de cidos.Tolvas para cenizasRecuperador Ene City de tubo de acero continuo.Fig. 94.Los recuperadores aumentan la resistencia ofrecida al paso de los cases quemados y asimismo reducen su temperatura. Como consecuencia de ello, puede resultar insuficiente el tiro natural creado por la chimenea, y ser, en cambio, necesario recurrir al tiro inducido. El empleo de los recuperadores queda justificado cuando puede demostrarse la consecucin de un ahorro de combustible despus de establecer tolerancias en todos los factores econmicos que intervienen en la instalacin.136.Recuperadores de acero. Muchas centrales trmicas emplean recu-peradores construidos con tubos de acero lisos exteriormentc, agrupados enhaces o bateras entre los colectores de entrada y de salida, tal como aparecen en las figuras 59 y 94. Los tubos, con sus retornos y otras curvas, se colocan en verdadera posicin por soldadura. Para la limpieza e inspeccin sedisponen aberturas en los colectores, cerradas convenientemente. Para quitarel holln de la superficie externa se emplean (sopladores de holln.Otro tipo de recuperador de acero est constituido por tubos rectos unidos por medio de colectores para formar bateras, las cuales se agrupan para192 LA PRODUCCIN DE ENERGAobtener la superficie requerida de calentamiento de agua. El recuperador de caldera marina representado en la figura 60 tiene las porciones rectas de Jos bucles de tubo recubiertas de anillos de hierro colado, las cuales forman

Fig. 95. Caldera Stirling de cuatro tambores con tubos curvos, equipada con un recuperador integral.una superficie de calentamiento adicional y constituyen una proteccin para la parte externa de los tubos. La figura 95 representa un recuperador integral o vaporizador combinado con una caldera Stirling de cuatro tambores. Los tubos del recuperador se extienden desde el colector inferior o tambor pequeo y el tambor de vapor y agua de la parte alta posterior de la caldera. El aguaCALENTAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN193entra por el colector inferior y fluye hacia arriba por el interior de la batera de tubos del recuperador y, a continuacin, baja por los tubos posteriores de la caldera. El recuperador se halla situado en el camino de los gases quemados en el punto en que abandonan los tubos de la caldera. Para quitar el holln y cenizas acumulados sobre los tubos del recuperador se utilizan sopladores de holln. 137.Recuperadores de hierro colado. Un tipo de recuperador de hierrocolado est constituido por tubos de aleta dispuestos en sentido longitudinal,con dimetro interior apropiado para poder trabajar a presiones relativasde 31,5 kg/cm2. Cada tramo de tubo est fundido con sus aletas formandouna sola pieza, y su seccin recta transversal entre aletas tiene la forma denominada diamante por su fabricante, la cual reduce la cantidad de ceniza yholln acumulado sobre el tubo entre aqullas. Los tubos se disponen a tresbolillo formando grupos que no pasan de una altura de 6 tubos. En los grandes recuperadores se superponen en sentido vertical dos o ms grupos. Losextremos de los tubos adyacentes de las hileras horizontales se unen mediantecurvas provistas de bridas. El agua circula a travs de circuitos paralelosmltiples. El holln y ceniza acumulados se quitan por medio de sopladoresdesplazables instalados en la parte alta de cada grupo de tubos. 138.Impurezas del agua. El agua de lluvia al caer puede absorberoxgeno, CO2, nitrgeno, polvo y otras impurezas contenidas en el aire, ytambin disolver substancias minerales de la tierra. Esta contaminacinpuede acrecentarse adems con cidos procedentes de la descomposicin dematerias orgnicas, residuos industriales y aguas spticas descargadas enlagos y ros.Las substancias contenidas por el agua se clasifican en disueltas y en suspensin. En el grupo de las substancias disueltas se incluyen los bicarbonatos calcico, magnsico y sdico, o sea Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 y NaHCO3; sulfatos clcico, magnsico y sdico, .esto es, CaSO4, MgSO4 y Na2SO4; nitratos calcico y magnsico, es decir, Ca(NO3)2 y Mg(NO3)2; cloruros calcico, magnsico y sdico, o sea, CaCl2, MgCl2 y NaCl; xido de hierro, Fe2O3; slice, SiO2; residuos industriales; y gases, tales como oxgeno, O2, y anhdrido carbnico, CO2. El grupo de las materias en suspensin comprende : lodo, arena, materia vegetal y residuos industriales.139.Efectos producidos por las impurezas del agua. Las impurezas delagua pueden ser la causa de los siguientes efectos perjudiciales para la caldera y para el funcionamiento de la central trmica : (1) reduccin de lacantidad de calor transmitido debida a la formacin de incrustacin sobrelas superficies de caldeo; (2) averas en los tubos y planchas, producidas porla disminucin de la cantidad de calor transmitido a travs de ellos; (3) corrosin y fragilidad del acero de la caldera; (4) mal funcionamiento, formacinde espumas y arrastres de agua en cantidad por el vapor; (5) costos elevadoSeverns. 13194LA PRODUCCIN DE ENERGAde limpieza, reparaciones, inspeccin, entretenimiento y equipos de reserva; (6) prdidas calorficas debidas a frecuentes purgados; (7) mal rendimiento de los equipos que utilizan el vapor, a causa de que ste sea sucio, y (8) costo adicional en el equipo de condensadores, a causa de los gases que lleva el vapor. La mayor parte de los defectos reseados pueden atribuirse a una o varias de las siguientes causas : incrustacin, corrosin, fragilidad, espumacin, proyeccin de masas de agua y gases ocluidos.Incrustacin. Es la capa blanda o dura depositada sobre las superficies internas de una caldera, compuesta de substancias minerales, suciedad o ambas cosas. Su efecto consiste en hacer disminuir la transmisin de calor a travs de las superficies de caldeo, reduciendo como consecuencia la capacidad y rendimiento de la instalacin, y, posiblemente, recalentando los tubos y planchas de la caldera.Corrosin es un desgaste anormal de la caldera con una disminucin de su resistencia mecnica. Las causas pueden ser : accin electroltica, acidez o alcalinidad del agua, o la presencia de oxgeno.Fragilidad custica y fatiga de corrosin. Es el resultado de una corrosin no uniforme que conduce a la formacin acelerada de grietas en los bordes de las planchas remachadas de las calderas, remaches y porcin metlica situada alrededor de Jas aberturas, en donde el material ha sido sometido a grandes esfuerzos de traccin durante los procesos de fabricacin y funcionamiento. En las calderas soldadas las superficies principalmente afectadas son las situadas junto a los orificios de los tubos. Las averas debidas a la fragilidad custica son resultado de las grietas formadas en el metal siguiendo las zonas limtrofes cristalinas. La fatiga de corrosin, producida por el ataque qumico y repetidos alargamientos de las partes metlicas, origina grietas segn lneas de esfuerzo independientes de las zonas limtrofes cristalinas del metal.La formacin de espumas ocurre cuando el agua de la caldera contiene lcalis, materia orgnica en suspensin, algunos aceites en presencia de sales sdicas, o aguas conteniendo en cantidad sales sdicas solubles. El resultado es que el espacio destinado al vapor queda ocupado por una masa de burbujas de espuma.La ebullicin irregular consiste en el arrastre de masas de agua con el vapor, debido a la presencia de una pelcula de aceite sobre la superficie del agua de la caldera, a algunas de las causas de la formacin de espumas ya mencionadas, o a que la superficie de desprendimiento del vapor sobre, el agua sea pequea.El oxgeno, especialmente a elevadas temperaturas, pica y corroe todas las partes -metlicas con las cuales est en contacto. El anhdrido carbnico slo tiene tendencia a producir corrosin o a entrar en combinacin con otros cuerpos para constituir compuestos formadores de incrustacin. Los gasesCALENTAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN195oxgeno, nitrgeno, anhdrido carbnico y otros no condensables a las presiones y temperaturas corrientes del condensador, que puede contener el vapor, imponen una carga adicional a las bombas y dispositivos destinados a evacuar el aire de los condensadores.En las centrales trmicas constituidas por grandes calderas con gran produccin de vapor resulta casi imprescindible el eliminar, o por lo menos mitigar, las impurezas contenidas en el agua de alimentacin. Las instalaciones de menos envergadura y capacidad frecuentemente trabajan con un equipo reducido para la purificacin del agua.140.Dureza del agua. El concepto de dureza tal como se aplica alagua significa la propensin a formar incrustaciones y a su poder precipitante en las soluciones de jabn empleadas para determinarla. Segn sea lanaturaleza de las impurezas contenidas (prr. 138) la dureza de las aguaspuede ser temporal (carbonatos) y permanente. La cantidad de cualquiersubstancia productora de incrustaciones puede expresarse en partes pormilln (p.p.m.) de carbonato calcico equivalente (CaCO3) contenido en elagua. En el caso de interesar expresarla en grains por galn, la conversinse efecta dividiendo las partes por milln por 17,1. En aguas naturales ladureza puede ser desde menos de 10 p.p.m., la cual es baja, hasta ms de1800 p.p.m., la cual hace inutilizables las aguas que la poseen para fines industriales. El contenido equivalente en p.p.m. correspondiente a las substanciasproductoras de incrustaciones no basta para definir la calidad de un aguadestinada a la alimentacin de calderas, toda vez que todas las impurezasno son igualmente perjudiciales.Las aguas con dureza temporal pueden ablandarse hirvindolas o calentndolas suficientemente. Con este mtodo de purificacin el CO2 es liberado, formndose precipitados relativamente insolubles de calcio y magnesio, (CaCO3, MgCO3). Puede escribirse la reaccin siguiente:Ca(HCO3)2 + calor = CaCO3 + H2O + CO2y tambinMg(HCO3)2 + calor = MgCO3 + H2O + CO2Los lodos formados se sacan de la caldera con el agua de purgado, o bien se retiran del calentador del agua de alimentacin. Las incrustaciones forma-das por aguas con dureza temporal son ms blandas y porosas que las que poseen dureza permanente. En estas ltimas no basta solamente calentadas para eliminar los sulfatos calcico y magnsico. Las sales sdicas en disolucin se evacan purgando la caldera cuando su concentracin es excesiva; ste es el nico procedimiento. Por la accin del calor y la presin los cloruros y nitratos tienen tendencia a descomponerse para formar cidos corrosivos.141.Valores del pH. El agua tiene la propiedad de disolver en ciertogrado todas las substancias que estn en contacto con ella. La velocidad

196LA PRODUCCIN DE ENERGAcon la cual el agua corroe los metales depende de su temperatura, de la concentracin de iones hidrgeno, de la cantidad de oxgeno disuelto presente y de la presencia o ausencia de determinadas sales minerales. Una pequea parte del agua, H2O, se considera que se halla siempre parcialmente disociada, de suerte que existen libres iones hidrgeno (H+) e iones hidroxilo (OH~). Como quiera que la cantidad de agua sin disociar es muy grande con relacin a la cantidad total, el producto de los iones hidrgeno (cido) por los iones hidroxilo (lcalis) es igual a la constante 10-14. El agua pura es neutra y, por lo tanto, el nmero de iones H es igual al de iones OH, en un volumen dado, y la concentracin de cada uno de ellos es igual a 10-7. Para expresar la acidez o alcalinidad del agua se utiliza el trmino pH, cuyo valor es el logaritmo del recproco de la concentracin de iones hidrgeno. Para el agua pura el logaritmo del recproco de la concentracin de iones H es 7, que es el valor de su pH. Cuando aumenta la concentracin de iones hidrgeno su recproco se hace ms pequeo. Por consiguiente, el logaritmo es ms pequeo, como asimismo el valor de su pH. Las aguas cuyo pH es menor de 7 son acidas, y las que sobrepasan de 7, alcalinas. Por ejemplo, pH = 9 indica alcalinidad. Con el fin de reducir la corrosin, las aguas de alimentacin de las calderas se mantienen ligeramente alcalinas. 142.Objeto del acondicionamiento del agua. Los fines principales perseguidos con el tratamiento del agua de alimentacin son los siguientes:(1) quitar las materias solubles y en suspensin, y (2) eliminacin de los gases.Todo ello es necesario : para evitar la formacin de incrustaciones sobre lassuperficies de calentamiento del agua; para proteger contra la corrosin losmetales de las calderas, recuperadores y tuberas; para evitar que los sedimentos de incrustacin se depositen por arrastre sobre los tubos de los recalentadores y alabes de las turbinas; para impedir la formacin de espumasy la ebullicin irregular y para bloquear las posibilidades de la fragilidadcustica del acero de las calderas. Los conceptos mencionados requieren queel agua acondicionada tenga poca dureza; un pH satisfactorio; eliminacindel anhdrido carbnico, oxgeno y otros gases corrosivos; bajos contenidosde slidos disueltos, lcalis y lodos y el mantenimiento de las proporcionescorrectas de sulfatos y carbonatos en el agua de la caldera. 143.Distintos procedimientos para el tratamiento de aguas. El acondicionamiento de una agua solamente debe llevarse a cabo despus de haberseanalizado y estudiado por un qumico competente. No existe ningn procedimiento simplista ni producto qumico apropiado para el tratamiento detoda clase de aguas. Cada caso debe considerarse individualmente.El proceso del tratamiento de una agua incluye la separacin de los detritus mediante cribas fijas o mviles, filtrado, separacin de lodos y limos en depsitos de decantacin, calentamiento, vaporizacin o destilacin, desaireacin, tratamiento con cal apagada, tratamiento con carbonato sdico,ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN 197tratamiento con ambos productos, con hidrxidos calcico y brico, con fosfato trisdico, coagulantes, y zeolitas (descalcificadores). No todos los procesos son llevados a cabo de la misma manera, pues unos son continuos y otros intermitentes. Algunas veces se trata el agua estando fra, pero para conseguir los mejores resultados en la mayora de mtodos se necesita recurrir al calor.144.Filtrado. Los filtros mecnicos se emplean muchsimo para quitarlas materias que el agua tiene en suspensin, especialmente cuando se hatratado qumicamente y contiene partculas de precipitados. Los filtros depresin se construyen con las envolventes de acero en posicin horizontalo vertical, dependiendo del espacio disponible para la instalacin. Sea cualfuere el tipo, su mejor emplazamiento es a la salida de la bomba del aguatratada. El agua que se ha de filtrar circula en sentido descendente a travsde capas de diferentes materiales de varios tamaos. Los materiales filtrantes ms corrientes son: arena, magnetita, calcita y antracita. En las aguasde alimentacin de calderas la slice es muy perjudicial, debido a que formauna incrustacin densa y muy dura. Esta incrustacin de las superficies decaldeo de los generadores de vapor y de los recalentadores y alabes de turbinas, que se produce cuando la slice es arrastrada por el vapor, es muygrave. Es preciso evitar el arrastre de slice de los lechos filtrantes, lo cualse consigue empleando lechos de antracita, de granulometra apropiada yde transicin uniforme, desde el tamao grueso hasta los finos.Aadiendo coagulantes al agua durante el filtrado se contribuye intensamente a poder mantener una velocidad de filtrado elevada. Los coagulantes ms corrientes son : alumbre, sulfato de aluminio y sulfato de hierro. Al aadir al agua estos productos reaccionan con las sales alcalinas producidas por los bicarbonatos o carbonatos calcico y magnsico, formando precipitados voluminosos : los de hidrxido de aluminio o de hierro. Este hidrxido gelatinoso al depositarse forma una esterilla en el material filtrante, la cual retiene eficazmente las pequeas partculas de materias en suspensin. Para aadir los coagulantes al agua que se trata de filtrar se emplean dispositivos automticos.145.Evaporadores (Vaporizadores).. Destilando el agua de alimentacinpuede obtenerse agua casi pura. En las centrales trmicas donde se empleancondensadores del tipo de superficie y el vapor condensado vuelve a lascalderas, el agua que es preciso destilar es Tnicamente la requerida paracompensar la cantidad de agua que desaparece por fugas o por prdidas.inevitables. La destilacin del agua de compensacin solamente es factiblecomercialmente. Empleando agua destilada se elimina casi completamentela formacin de incrustaciones, as como las otras dificultades que se presentan en el funcionamiento de las calderas, atribuibles al agua de alimentacin.Sin embargo, aun empleando agua destilada pueden llegar a las calderas198LA PRODUCCIN DE ENERGApequeas cantidades de materias productoras de incrustacin a causa de fugas de los condensadores y por impurezas arrastradas del equipo de destilacin.Los vaporizadores se emplean para producir agua destilada destinada a la alimentacin de calderas. Se construyen varios tipos, los cuales emplean el vapor de agua a baja, media o alta presin, como fluido calefactor. El vapor producido por el vaporizador se puede condensar en los calentadores del agua de alimentacin, o bien en condensadores independientes en los que el fluido refrigerante es el agua de alimentacin que se trata de calentar. El tipo de vaporizador ms corriente est formado por tubos, por los que circula vapor, y que se hallan sumergidos en el agua que hay que vaporizar.Los vaporizadores pueden ser de simple o mltiple efecto, segn sea el nmero de escalonamientos de vaporizacin a travs de los cuales pasa el agua. Por ejemplo, un vaporizador de simple efecto es aquel en el cual se completa la vaporizacin en un nico serpentn o escalonamiento. Cuando el vapor procedente de un vaporizador de simple efecto se condensa en los serpentines de un segundo vaporizador, el conjunto forma un vaporizador de doble efecto. El segundo vaporizador trabaja a una temperatura ms baja, y, desde l, el vapor pasa al calentador del agua de alimentacin, o al condensador-vaporizador. Los vaporizadores de mltiple efecto aprovechan ms el calor que se les suministra, pero no tienen ms poder vaporizante por unidad de superficie de caldeo que los vaporizadores de simple efecto. Los vaporizadores de baja presin suelen descargar en calentadores de agua de alimentacin, de tipo abierto, a una presin aproximada igual a la atmosfrica; los de alta presin descargan en condensadores vaporizadores especiales.El vaporizador representado en la figura 96 es de haz tubular y envolvente de plancha, que es la forma de construccin ms corriente. El haz de tubos rectos, por cuyo interior pasa el vapor, est sumergido en el agua que se trata de vaporizar, cuyo nivel se mantiene a la mitad del dimetro de la envolvente del vaporizador. La entrada del agua de alimentacin se halla a un nivel algo inferior al del tubo ms alto del haz. El vapor de agua y dems gases desprendidos ascienden y ocupan la parte superior de la envolvente del vaporizador. Al salir de ste el vapor atraviesa un separador, el cual devuelve las partculas de agua a la parte ms baja de la envolvente. Por lo regular para transformar el vapor en lquido se emplean condensadores de superficie, as como tambin para evacuar los gases desprendidos. El aparato puede instalarse bien sea para funcionar con vaco y simple efecto, bien a baja presin y simple efecto. Acoplando dos vaporizadores puede formarse otro de doble efecto funcionando con presin. Si son tres, resulta otro de triple efecto.El haz tubular desmontable se acopla, cuando est fro, a una placa porta-tubos fija y a otra flotante mediante dos pares de barras tensoras flexibles conACONDICIONAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN 199los miembros de cada par inicialmente curvados uno hacia el otro. Entre stas hay otras intermedias partidas y espaciadas a distancias iguales, que hacen de soporte; un par de tensores tubulares completa el conjunto. En condiciones de montaje los tubos estn rectos; pero cuando por su interior circula vapor, al dilatarse por el calor entre los topes situados sobre ellos, una

Fig. 96- Evaporador de tubos flexibles de la American Locomotive Oompany-mitad se tuerce en sentido horizontal hacia la derecha y la otra mitad hacia la izquierda. Este movimiento de los tubos se utiliza para hacer saltar las incrustaciones. Ciertas incrustaciones formadas sobre los tubos pueden quitarse sacando el agua del vaporizador y rociando los tubos calientes con agua fra. Al contraerse los tubos por enfriarse sbitamente, hace que las incrustaciones se desprendan. Cuando este procedimiento no resulta eficaz, se saca, del vaporizador el haz tubular y las incrustaciones se quitan a mano.146. Desaireadores. Se conocen por desaireadores (desgasificadores) aquellos dispositivos mecnicos empleados para liberar los gases contenidos en el agua de alimentacin (aire, oxgeno, anhdrido carbnico y otros gases). Su funcionamiento consiste en dividir el agua de alimentacin en finas goti-

Fig. 97. Descalcificador de agua Worthington (desaireador) con cal-sosa en caliente.ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN 203se regenera mediante un lavado con salmuera (solucin de NaCl) para restituir el sodio por intercambioCaZ + 2 NaCl -> Na2Z + CaCl2 MgZ + 2 NaCl -> Na2Z + MgCl2Haz superior.BoquillasSalida del agua blanda ContadorTanque de salmuera SalmueraPurga de areSalida lavadoDesage'Haz inferior Patas regulables Bolas de cuarzo Boquillas del filtroFig. 98. Descalcificador de agua Elgin a base de zeolita y corriente descendente.

Las zeolitas naturales (arenas verdes) estn indicadas para tratar agua fra exenta de cidos y se utilizan con xito en ciertos casos, pero en muchos otros han sido desplazadas por productos resinosos artificiales especiales (tambin denominados zeolitas) fabricados para el rectificado de aguas. Estos productos pueden soportar altas temperaturas, cidos y lcalis, y en determinadas condiciones pueden cambiar los aniones y cationes de las impurezas contenidas en el agua. En cualquier caso el agua que atraviesa el lecho de zeolita debe estar libre de detritus, lodo, cieno y precipitados finamente divididos, los cuales recubren y tapan las partculas de los materiales empleados para la rectificacin, hacindolos menos eficientes.149. Rectificado con zeolita sdica. En la figura 98 aparece una vista en corte de un rectificador de agua a base de zeolita y corriente descendente. El agua entra por un distribuidor de tubos situado en la parte alta del apa-204LA PRODUCCIN DE ENERGArato. La circulacin es de arriba abajo a travs de un lecho de zeolita y de grnulos de cuarzo de tamao creciente, que sirven de soporte al medio cambiador de iones. Este lecho de zeolita sirve para quitar las materias mantenidas en suspensin en el agua, si bien no es sta su misin, ya que dichas materias deben quitarse del agua antes de entrar en el rectificador de zeolita. El agua rectificada se saca por el haz de tubos situado en la parte inferior del aparato. Durante su regeneracin el lecho de zeolita se lava para quitarle las materias sedimentadas en l mediante el agua de lavado, la cual atraviesa el lecho en sentido contrario al de funcionamiento, quedando de esta forma acondicionado. A continuacin la solucin de cloruro sdico (NaCl) procedente del depsito de salmuera se distribuye mediante un inyector o bomba sobre la zeolita. circulando a su travs para efectuar el cambio de base. La etapa final de la regeneracin consiste en el enjuague con agua para quitar el exceso de sal junto con los cloruros de calcio y magnesio formados. Los caudales de agua a travs del rectificador se controlan mediante una sola llave de varios pasos. 150.Rectificacin con zeolita hidrogenada. Las aguas tratadas solamentecon zeolita sdica quedan con una considerable cantidad de sales sdicasdisueltas, las cuales pueden producir espumas y ebullicin irregular en lascalderas. Para evitar este inconveniente pueden emplearse zeolitas hidrogenadas, que son resinas artificiales especialmente preparadas para finesespecficos y que se regeneran con cido sulfrico, H2SO4. Al reaccionarH2Z con Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, y 2 NaHCO3, produce CaZ, MgZ, y Na2Zjunto con 2H2O y 2CO2. Cuando la H2Z se pone en contacto con sulfatoscalcico, magnsico y sdico, respectivamente, se produce cido sulfrico(H2SO4) y CaZ, MgZ o Na2Z, segn sea el caso. Cuando existen cloruros calcico, magnsico y sdico, se produce 2HCl y CaZ, MgZ Na2Z. La regeneracin con H2SO4 produce H2Z, CaSO4, MgSO4 y Na2SO4. 151.Tratamiento combinado con zeolitas hidrogenada y sdica. En el mtodo de rectificado de agua con zeolita hidrogenado el agua tratada, contodos sus cuerpos disueltos, tiene un carcter cido. Para controlar una aguacon respecto a su dureza, alcalinidad, cuerpos disueltos en total, y CO2 elcual es corrosivo, se emplean aparatos rectificadores de zeolita hidrogenadaen combinacin con otros de zeolita sdica. La figura 99 representa un esquemade instalacin de esta clase. Las principales etapas de su funcionamiento son:cambio de iones, neutralizacin y desgasificacin. El equipo de la figura 99mezcla en partes proporcionales las aguas procedentes de los rectificadores. Talcomo aparece en dicha figura el agua que sale del rectificador sdico se mezclacon el que proceda del rectificador de zeolita hidrogenada. Otro constructorde rectificadores enva una parte del agua saliente del rectificador sdico alrectificador hidrogenado y a continuacin la que sale de este ltimo la mezclacon agua procedente directamente del rectificador de zeolita sdica. El aguaACONDICIONAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN 205destinada a la alimentacin de calderas ha de ser siempre ligeramente alcalina. En el desgasificador el agua se gubdivide en gotas al pasar por bandejas de madera en forma escalonada, las cuales se ponen en contacto con una corriente de aire producida por un ventilador. Este proceso tiene como fin transformar en CO2 el CO que puede existir, y eliminar el primero del agua tratada. Es preciso instalar dispositivo de control para impedir que el

Fig. 99. Descalcificador Allis Chalmers de zeolita sdica y zeolita hidrogenada para obteneragua desmineralizada.agua procedente del aparato de zeolita hidrogenada pase a la red en el caso de que cese de pasar agua a travs del rectificador sdico. Las proporciones de mezclado se regulan mediante una vlvula accionada por una presin diferencial creada por una vlvula regulable dispuesta en el tubo de salida del rectificador sdico y un orificio situado en la tubera de salida del rectificador hidrogenado. En algunos casos se obtienen resultados satisfactorios mezclando agua del rectificador de zeolita hidrogenada con pequeas cantidades de agua cruda; en otros casos el agua acida se neutraliza con productos qumicos antes de la desgasificacin.152. Desionizacin del agua. En este proceso un solo tanque puede contener una mezcla de resinas para aniones y cationes. El agente para los cationes es un intercambiador de iones hidrgeno resinoso de poliestireno sulfonado. Para la sustitucin de los aniones se utiliza una resina tipo amina fuertemente bsica. El intercambiador de cationes quita los iones cargados positivamente, tales como el calcio, magnesio, hierro, sodio y potasio, y los206LA PRODUCCIN DE ENERGAreemplaza por iones H+. La resina para los aniones elimina los iones negativos tales como sulfatos, cloruros, nitratos, carbonatos, anhdrido carbnico y slice, de la solucin, y los sustituye por iones OH-. Cuando se neutralizan entre s los iones hidrgeno con los iones hidroxilo se forma agua. Las operaciones combinadas eliminan los minerales, slice y anhdrido carbnico para dar agua aproximadamente neutra. Maniobrando adecuadamente el lavado a contracorriente se separan en dos zonas las resinas intermezcladas correspondientes a los cationes y aniones. Para regenerar las resinas destinadas a los aniones se utiliza una solucin diluida de hidrxido sdico; esta operacin va seguida de un corto lavado con agua blanda. Para reactivar la resina de los cationes se emplea cido sulfrico diluido. Finalmente se introduce por el fondo del desionizador agua y aire para entremezclar las resinas y dejar al aparato a punto de funcionar. 153.Tratamiento con zeolita en caliente. La tubera de salida de unrectificador de agua del mtodo caliente puede conectarse a un rectificadorde zeolita de tipo apropiado para trabajar en caliente. Es conveniente intercalar un filtro de presin. Para el grupo as formado se requieren dos productosqumicos; hidroxilo calcico para el rectificador y desgasificador en caliente;y cloruro sdico para regenerar la zeolita. El agua as obtenida contiene unabaja cantidad de minerales disueltos, sin exceso de alcalinidad, con pequeaconcentracin de oxgeno y slice, baja alcalinidad, elevado pH, reducidascantidades de CO2 en el vapor producido y precipitacin mnima de fosfatosen el equipo del generador de vapor. 154.Disminucin de la fragilidad custica. El diseo y construccin delos cilindros de caldera soldados reduce el nmero de puntos focales enlas costuras y agujeros de los roblones como emplazamientos de fragilidadcustica. Es preciso recordar que hay que evitar con el mximo cuidado queel metal no quede sobrefatigado en las proximidades y extremos de los tubosembutidos en las placas portatubos. Un tratamiento del agua apropiadoreduce considerablemente los agentes de ataques localizados, tales como laslice e hidrxido sdico que puedan resultar de las sales sdicas en disolucin. Aadiendo suficiente cantidad de nitrato sdico se consigue obtener unabuena proteccin cuando existen lcalis libres. Las materias orgnicas, talescomo el quebracho, tanino y sulfito residual, resultan eficaces en algunos casos.PROBLEMAS1. El funcionamiento de una sala de calderas se modifica de suerte que la temperatura del agua de alimentacin es 93,3 C en vez de 60 C. La central utiliza carbnde una potencia calorfica de 6 160 kcal/kg tal como se quema, con un rendimiento global del 70 % para una y otra condicin de funcionamiento. Qu peso adicional de aguapuede vaporizarse por cada 908 kg de carbn quemado, si la presin absoluta del vaporvale 14 kg/cm2 y el ttulo de vapor es 0,97?Solucin : 390,4 kg.CALENTAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIN207 2.Una sala de calderas trabaja normalmente a una presin absoluta de 10,15kg/cm2 y con un vapor de ttulo 0,98. Qu porcentaje de aumento de consumo de combustible puede preverse si el rendimiento de funcionamiento permanece invariable cuandola temperatura del agua de alimentacin se reduce de 79,5 C a 12,8 C? 3.Vapor a una presin absoluta de 1,26 kg/cm2 y ttulo 0,90 se emplea en un calentador de contacto directo para subir la temperatura de 113 500 kg de agua, de 12,8 Ca 93,3 C en un perodo de una hora. Hallar el peso de vapor requerido en el supuestode que las prdidas calorficas sean el 5 % del calor obtenido del vapor condensado. 4.Quince mil ochocientos noventa kg de vapor se condensan por hora en un calentador de contacto directo. El vapor tiene una presin absoluta de 1,05 kg/cm2 y suttulo es 0,96. Las prdidas calorficas del calentador ascienden al 10 % del calor obtenido del vapor. Hallar el peso por hora de agua que puede calentarse de 15,6 C a 82,2 C.Solucin : 115 089 kg. 5.Un calentador del tipo de superficie tiene 48,83 m2 de superficie calefactora,y trabaja con un coeficiente de transmisin de calor U, de 1 756,8 kcal hora/m2/C. Elvapor entra a una presin absoluta de 4,2 kg/cm2 y con un ttulo de 0,99. Qu pesode agua puede calentarse por hora, de 15,6 C a 126,7 C? Solucin : 43 674,8 kg. 6.Ciento cincuenta y un mil cuatrocientos kg (40 000 galones) de agua, medidosa una temperatura de entrada de 21,1 C, se.calientan a 137,8 C mediante vapor suministrado a un calentador de tipo de superficie a una presin absoluta de 5,6 kg/cm2 ycon un ttulo 0,95. La duracin del perodo de calentamiento es 1 hora, y el coeficienteU puede suponerse igual a 1 805,4 kcal/hora/m2/C. Hallar la superficie de calentamientorequerida, as como la cantidad de vapor por hora, incluyendo unas prdidas calorficasdel 10 %. 7.Un recuperador trabaja con prdidas calorficas que ascienden al 7% del calorabsorbido de los gases quemados secos que pasan a su travs. Las condiciones de trabajoson las siguientes: temperatura de los gases quemados al entrar en el recuperador, 287,8 C;a la salida, 204,4 C; calor especfico medio de los gases quemados, 0,26; temperaturadel agua a la entrada, 87,8 C; a la salida, 204,4 C; y peso de los gases quemados, 106 690kilogramos por hora. Hallar el peso de agua que puede calentarse por hora. 8.Un generador de vapor produce 374 550 kg por hora de vapor. La elevacin detemperatura del agua de alimentacin llevada a cabo en calentadores del tipo de superficie es de 26,7 C a 140,6 C y, en el recuperador, de 140,6 C a 232,2 C. La caldera produce el vapor a una presin absoluta de 52,5 kg/cm2 y con un ttulo de 0,98, saliendodel recalentador a una presin absoluta de 50,75 kg/cm2 y a una temperatura de 348,9 C.Hallar la variacin de entalpia en cada elemento del equipo y expresarla en tanto porciento de la variacin total de entalpia en el conjunto del equipo. 9.Un calentador de contacto directo funciona para elevar la temperatura de63 560 kg de agua por hora de 26,7 C a 100,6 C cuando se alimenta con vapor seco auna presin absoluta de 1,05 kg/cm2. Las prdidas calorficas del calentador asciendenal 8 % de la energa calorfica aadida al agua. A continuacin se efecta un segundocalentamiento en un aparato del tipo de superficie, el cual recibe el agua a 98,9 C yaumenta su temperatura hasta hacerla igual a la del vapor saturado a una presin absoluta de 4,2 kg/cm2. Hallar la superficie de calentamiento requerida sabiendo queU = 1 952 kcal/hora/m2/C.CAPTULO IXPRODUCCIN DEL TIRO - CHIMENEAS Y VENTILADORES155. Tiro. La diferencia de presin conocida corrientemente por tiro se suele expresar en milmetros o pulgadas de agua; su medicin se hace por encima o por debajo de la presin atmosfrica. En la figura 100 aparece un medidor de tiro con escala inclinada y alcance reducido. El tiro es necesario

Armazn sin tapa Fig. 100. Indicador Ellison de tiro, de tipo inclinado.para el funcionamiento del hogar de una caldera con el fin de poderle suministrar el aire necesario para la combustin del combustible y arrastrar los gases quemados hacia el exterior a travs de la chimenea. El tiro puede ser natural y mecnico. El primero se produce trmicamente; el segundo, mediante inyectores de vapor o ventiladores.Las resistencias opuestas al paso del aire y gases quemados, las cuales hacen necesario el tiro, son: las de los conductos, chimeneas, lechos de combustible, pasos de gases, pantallas deflectoras, tipo e instalacin de la caldera, registros, precalentadores de aire, recuperadores, acumulacin de holln y ceniza en los pasos de gases, y la velocidad de combustin requerida.156. Tiro natural. La diferencia de presin denominada tiro natural se produce por el efecto creado por una chimenea. Su valor depende de laPRODUCCIN DEL T I RO - C HI M E N E A S Y VENTILADORES 209

altura de la boca de la chimenea sobre el nivel del emparrillado del hogar, y de la diferencia media de temperatura entre la de los gases quemados contenidos en la chimenea, y la del aire del exterior. Las variaciones meteorolgicas, las condiciones de funcionamiento de la caldera y la altura de la chimenea tienen una marcada influencia sobre el valor del tiro creado por una chimenea determinada.El tiro natural no consume energa mecnica y est indicado en pequeas centrales cuando la carga no vara considerablemente, o en donde las calderas no han de desarrollar grandes producciones de vapor con gran rapidez.157. Chimeneas de obra y de plancha. Para evacuar los gases quemados o humos a una altura reglamentaria para crear el tiro se emplean chimeneas de ladrillo o de plancha de hierro. Las chimeneas construidas de plancha ligera hay que afianzarlas con vientos y apoyos; estos ltimos no son necesarios si la plancha empleada es gruesa. La figura 101 representa una chimenea de ladrillo tpica.Las chimeneas de ladrillo tienen propensin a tener fugas, debido a la falta de adherencia de los materiales, as cmo tambin grietas ocasionadas por el asentamiento de la estructura. Las chimeneas de hormign tambin estn sujetas a la formacin de grietas. Las fugas de aire, en las chimeneas destinadas a producir tiro natural, reducen el valor de ste disponible. Las chimeneas de acero, de no pintarse con gran esmero, son corrodas por la accin del aire y de la atmsfera. Asimismo si no se revisten interiormente son corrodas por los componentes de los gases quemados, de suerte que su duracin es mucho ms corta que la de una chimenea de ladrillo u hormign. Seccin A-AFig. 101Chimenea de ladrillos radiales, de la Consolidated Chimney Company.Severns. 14210LA PRODUCCIN DE ENERGA158. Seccin recta y altura de una chimenea. La accin creadora de la circulacin de los gases y necesaria para vencer los rozamientos expresada en kilogramos por metro cuadrado, es igual a la altura de la chimenea, h en metros sobre el nivel de la parrilla, por la diferencia de densidades del aire del exterior da y la densidad media de los gases quemados dg dentro de la chimenea. Esta depresin vale, por lo tanto, h x {da. dg). La presin equivalente a 1 cm de agua expresada en kg/m2 valdr D : 100, siendo D el peso de 1 m3 de agua a la temperatura que en la chimenea tienen los gases quemados. El tiro terico en centmetros de columna de agua valdrhw =La densidad del aire del exterior y la media de los gases quemados puede calcularse mediante la frmula de los gases PV = mRT. La densidad del aire y de los gases es igual a m cuando F = 1 m3. El valor de B es igual a 29,29 kgm por grado C, para el aire y gases quemados. Cuando se conoce la presin baromtrica B, en milmetros de mercurio, P/R = 13,6 B/29,29 = = 0,464 B, los valores de da y dg sern respectivamente iguales a 0,464B/Ta y 0,464 B/Tg, siendo Ta y Tg las temperaturas absolutas del aire y gases quemados respectivamente. De lo dicho resulta:

Para un valor de tiro requerido tericamente hw, en centmetros de agua, la altura de la chimenea, en metros, ser:

(189)El valor terico del tiro raras veces se obtiene con una chimenea, y el valor real puede ser 0,8 del posible terico. El tiro hc expresado en metros de columna de gases quemados vale:

La velocidad terica de los gases quemados esV = , en m/seg; (7 = 9,81 m/seg2)y en funcin de la altura de la chimenea y de las temperaturas,

(190)PRODUCCIN DEL T I RO -CH1MENEAS Y VENTILADORES 211En realidad las velocidades de los gases quemados oscilan entre el 30 y 50 por ciento de las tericas, debido a la rugosidad de las superficies internas de la chimenea. El rea de la seccin recta de sta, en metros cuadrados, esA = Q/KV(191)en dondeQ = volumen de los gases, en m3/seg.K = coeficiente de velocidad 0,3 a 0,5.V = velocidad terica de los gases, en m/seg.Ejemplo. Una central de calderas de vapor consume 9 080 kg de carbn por hora y produce 20 unidades (en peso) de gases por unidad (en peso) de carbn quemado. La temperatura del aire del exterior es 32,2 C; la temperatura media de los gases quemados al entrar en la chimenea es 343,3 C y la temperatura media de aqullos en el interior de sta es 260 C. La densidad del fluido del aparato medio del tiro es 996,24 kg/m3, y el tiro terico vale 2,29 cm (0,9 pulg) de agua en la base de la chimenea cuando la presin atmosfrica es de 760 mm (29,92 pulg) de mercurio. Calcular las dimensiones de la chimenea requerida.Adoptando un coeficiente de velocidad de 0,4 y suponiendo que la densidad de los gases sea igual a la del aire seco a 343,3 C, esto es, 0,5758 kg/m3, se tiene

F ==26 m/seg.Q = 9 080 x 20/(60 x 60 X 0,5758) = 87 m3/seg. A = 87/(26 X 0,4) = 8,365 m2de la chimenea valdr: = 3,28 mEl punto dbil de este mtodo de clculo est en la hiptesis del coeficiente de velocidad y en la relacin entre el tiro real y el terico posible. La mayora de las frmulas empricas para el clculo de chimeneas llevan incorporadas dichas hiptesis.159. Tiro mecnico. El tiro creado por la accin de inyectores de aire o vapor, o mediante ventiladores, se conoce como tiro mecnico, el cu.al se requiere cuando deba mantenerse un determinado tiro con independencia de las condiciones atmosfricas y del rgimen de funcionamiento de la caldera. Asimismo es necesario cuando resulta insuficiente el tiro natural proporcionado por la chimenea. Los equipos auxiliares de las calderas, tales como recuperadores y precalentadores de aire, reducen la temperatura de los gases.

212LA PRODUCCIN DE ENERGAEn dichos casos la chimenea necesaria para crear el tiro requerido puede resultar de altura y costo excesivos y, como consecuencia, tener que recurrir al tiro mecnico. En trminos generales, el tiro mecnico est indicado cuando las calderas tengan que trabajar a un rgimen ms grande del normal, o cuando tienen que abastecer rpidamente demandas de vapor repentinas. Las calderas equipadas con tiro mecnico no necesitan chimeneas tan altas y costosas como las exigidas con tiro natural. Sin embargo, algunas veces se instalan con altas chimeneas por cuestiones reglamentarias, o para que los humos, gases y cenizas que salen por ellas no puedan molestar a los propietarios prximos a las mismas. El costo inicial, conservacin, depreciacin y costos de funcionamiento del equipo del tiro mecnico deben compararse con los correspondientes a una chimenea que por tiro natural cree el mismo efecto, antes de decidirse por uno u otro sistema.160.Diferentes sistemas de tiro mecnico. Los ms corrientes son dos: elforzado y el inducido. Cada uno de ellos puede emplearse solo o en combinacin, tal como aparece en la figura 57.El tiro forzado se obtiene soplando aire en el interior de los hogares hermticos debajo de las parrillas y hogares mecnicos, o a travs de quemadores de carbn pulverizado. El aire es introducido a presin y atraviesa el lecho de combustible, o quemador, para llegar hasta la cmara de combustin del hogar. Tratndose de tiro forzado, la tcnica seguida consiste en evacuar los productos de la combustin de la caldera propiamente dicha por tiro natural, o inducido, o combinacin de los dos.El tiro inducido se consigue con un ventilador de chorro o con un ventilador centrfugo colocado en los humerales, entre las calderas y la chimenea, o en la base de sta. Caso de haber recuperador, el equipo de tiro inducido se instala entre la salida del recuperador y la chimenea. El efecto del tiro inducido consiste en reducir la presin de los gases en la cmara de la caldera por debajo de la presin atmosfrica y descargar los gases a la chimenea con una presin positiva.El tiro inducido puede crear una depresin en el hogar de valor apropiado para que el aire del exterior atraviese en suficiente cantidad el lecho de combustible. Los hogares mecnicos con alimentacin por la parte inferior requieren tiro forzado. Cuando se emplea una combinacin de tiros inducido y forzado de manera que sobre el fuego del hogar la presin es prcticamente la atmosfrica, se dice que el tiro es equilibrado. En el prrafo 106 se describen calderas en las que en los hogares los productos de la combustin estn a una presin relativa de 2,1 kg/cm2.161.Chimeneas difusores combinados con ventiladores. En la figura 102aparecen tres tipos de estos difusores. El tipo n. 1 est indicado para la mayora de los casos en que se requiere tiro inducido, pero por lo general seaplica cuando debe mantenerse una diferencia de presin ms grande de 3,8 cmPRODUCCIN DEL TIRO-CHIMENEAS Y VENTILADORES 213de agua. A modo de orientacin, el tipo n. 3 se emplea cuando el tiro requerido ha de ser ms pequeo de 3,8 cm de agua. Cada tipo de difusor puede trabajar desarrollando el mximo tiro inducido, o bien tiro natural parando el ventilador. Cuando los gases son corrosivos o estn muy calientes conviene emplear el tipo n. 2, el cual tiene el ventilador colocado en el exterior; en este caso el ventilador inyecta un chorro de aire fro a travs de la tobera del inyector. Los difusores del tipo n. 1 pueden construirse con ventiladores simples o bien gemelos.Las paredes laterales del difusor forman un ngulo de 7o con relacin a la vertical, producindose una aspiracin cuando los gases pasan a gran velocidad por la seccin estrangulada del mismo. La velocidad de los gases va disminuyendo gradualmente a medida que ascienden por el interior del cono invertido, eliminndose considerablemente la resistencia opuesta a la corriente de gases, y, como consecuencia, se reduce la cantidad de energa consumida para su trasiego. Los difusores pesan relativamente poco, y generalmente los conductos que los unen con las calderas son cortos.162. Ventiladores. Cuando es preciso mover los gases venciendo presiones comprendidas entre 0 y 38 cm de agua se recurre a los ventiladores, los cuales se emplean en gran extensin en las centrales trmicas, secaderos, instalaciones de calefaccin, ventilacin y acondicionamiento de aire, conduccin y refrigeracin.En esencia un ventilador consiste en una rueda o impulsor giratorio rodeado de una envolvente esttica o carcasa. La National Association of Fan Manufacturers, Inc., nombra y define los tipos de ventiladores en la forma indicada en la figura 103. En los ventiladores se comunica energa al gas trasegado mediante el impulsor o rodete, con lo cual se crea una diferencia de presin y se produce la corriente de gas. La palabra ventilador se suele aplicar a aquellos aparatos los cuales no aumentan la densidad del gas trasegado por ellos ms del 7 %. Los ventiladores tambin se conocen con el nombre de extractores. La diferencia entre un ventilador y un extractor consiste en que el primero descarga los gases venciendo una cierta presin en su boca de salida; el segundo, saca los gases de un recinto por aspiracin y los descarga con una ligera presin. Ciertos tipos de ventiladores trabajando entre determinados lmites de presin pueden servir como aspiradores y ventiladores. Los tipos de ventilador representados en la figura 103 son deTipo 3Tipo 1Fig. 102. Chimeneas Prat-Daniel combinadas con ventiladores.

214 LA PRODUCCIN DE ENERGAdos clases : axiales (de hlice, tubo-axial, deflector-axial), y centrfugos o radiales.163. Ventiladores de flujo axial. En estos aparatos el flujo o corriente de fluido gaseoso es esencialmente paralelo al eje longitudinal o eje de giro de la hlice o rodete. Cada uno de los tipos de ventiladores representados en la

Envolvente cilindricaPlaca o anilloRodete del tipode apoyode hlice o discoCorriente de gasCorriente de gas(6) Tubo axialRodete de tipo de helice o disco (a) Hlice EnvolventeRodete de tipo axialSalida

Entrada

Envolvente cilindrica(c) Paletas axiales (d) CentrifugoFig. 103. Tipos de ventiladores. (Con autorizacin de la National Fan ManufactureraAssociation, Inc.)figura 103 tiene su elemento impulsor montado en el eje del motor. Cuando interesa, la hlice puede montarse con eje propio y cojinetes independientes del motor, el cual se instala fuera de la corriente de los gases en una silleta solidaria de la carcasa del ventilador. En este caso la transmisin entre motor y hlice se efecta con poleas acanaladas y correas trapeciales. Las paletas de los rodetes de los ventiladores axiales varan en cuanto a su nmero, forma, ajustabilidad, ngulo con respecto al eje de giro, material y forma de construccin, as como en la relacin entre el dimetro del cubo y del rodete.Los rodetes de los ventiladores de hlice [fig. 103 (a)] estn centrados con un anillo o aro que rodea su periferia. La forma de este aro es muy importante, toda vez que su misin es evitar que retroceda el aire proyectado por el borde de las paletas, con la consiguiente disminucin del rendimiento.PRODUCCIN DEL TIRO - C H I M E N E AS Y VENTILADORES 215En los ventiladores de hlice se emplean tambin paletas aerodinmicas, con ngulo de ataque variable y ajustable. Los ventiladores de hlice y de disco se emplean muchsimo para mover masas de aire venciendo pequeas resistencias, como sucede en los aparatos de ventilacin, y para descargar aire en los espacios situados debajo de parrillas destinadas a quemar combustible slido de gran tamao.Tanto los ventiladores tubo-axiales [fig. 103 (b)] como los deflector-axiales [fig. 103 (o)] tienen carcasas tubulares, paletas helicoidales montadas sobre grandes cubos, y pueden trabajar venciendo resistencias del orden de 22 / 25 cm de agua. Los ventiladores tubo-axiales no llevan paletas directrices de ninguna clase; en cambio los deflector-axiales tienen deflec-tores-gua fijos, emplazados en la corriente gaseosa, antes o despus del rodete. Su misin consiste en dirigir el fluido gaseoso y reducir las prdidas de energa ocasionadas por los torbellinos, aumentando, como consecuencia, el rendimiento del ventilador. La envolvente cilindrica de estos tipos de ventiladores permite instalarlos formando parte de la red de canalizaciones a que estn destinados. Esta disposicin resulta muy ventajosa desde el punto de vista del espacio ocupado. Cualesquiera de estos ventiladores, cuando se instalan en la entrada de una canalizacin, pueden tener forma acampanada para disminuir los rozamientos y turbulencia del aire al entrar en ellos.El ventilador de flujo axial, de tipo comercial representado en la figura 304, tiene paletas movibles, que se pueden ajustar despus de terminar la instalacin, para compensar las resistencias imprevistas que haya que vencer. Otros tipos de ventiladores de flujo-axial estn construidos de manera que la posicin de los deflectores-gua se vara desde el exterior mediante una palanca. Esta disposicin permite variar el caudal del ventilador cuando su rodete gira a velocidad constante.164. Ventiladores centrfugos. El equipo impulsor del aire o gas, en las instalaciones de tiro forzado o inducido, puede estar constituido por ventiladores centrfugos de los tipos siguientes: (1) de disco; y (2) de paletas o alabes mltiples.Todos los ventiladores centrfugos [fig. 103 (d)] estn constituidos por un rodete que gira dentro de una carcasa o envolvente, construida generalmente de plancha metlica. Dicha envolvente tiene la forma de espiral (figura 105), la cual permite que el aire sea lanzado de la periferia del rodete con prdidas reducidas y ligera turbulencia.Los rodetes de los ventiladores centrfugos tienen sus alabes situados en o cerca del borde de aqul. El efecto producido por un rodete al girar surge de la tendencia del gas, adyacente a las caras anteriores de las paletas, a desplazarse radialmente hacia afuera como consecuencia de la fuerza centrfuga, siendo lanzado desde los bordes de las paletas hacia la envolvente. Como resultado de este movimiento se origina una presin inferior a la atmosfrica.216 LA PRODUCCIN DE ENERGA

Deflector guia Paletas ventilador Ajuste paletaCarcasa del motor(a)(b)

f. Escala Indicadora posicin paleta2.Tuerca fijacin3.Tope permanentepara evitar posicin que pueda sobrecargar motorFig. 104. Ventilador Joy axial con paletas regulables.

Fig. 105. Rodete y caja del ventilador con la tapa desmontada. Fig. 106. Rodete de ventilador de plancha de acero.

PRODUCCIN DEL TIRO - CHIMENEAS Y VENTILADORES 217en el centro del rodete, y otra presin positiva en la envolvente que le rodea. Para reemplazar el descargado por el ventilador, el aire o gas fluye axial-mente hacia dentro del rodete. De lo dicho se deduce que los ventiladores centrfugos pueden emplearse no solamente como aspiradores de aire o gases de canalizaciones conectadas a su boca de aspiracin u odo, sino que tambin pueden utilizarse para descargar el mismo aire o gases, a presiones de varios centmetros (o pulg.) de columna de agua, en canalizaciones unidas a su boca de salida o de descarga.

Fig. 107. Rodete de ventilador con paletas curvadas hacia adelante. Fig. 108. Rodete de ventilador con paletas curvadas hacia atrs.Ventiladores de disco. En los ventiladores de este tipo el rodete consiste en una o dos araas, cada una de las cuales tiene de 6 a 12 brazos. Cada par de brazos lleva una paleta de plancha plana, en parte radial, tal como aparece en el rodete representado en la figura 106. Las paletas del rodete pueden ser rectas, o bien curvadas hacia adelante o hacia atrs, segn las caractersticas de funcionamiento deseadas. La curvatura de las paletas tiene una marcada influencia sobre el comportamiento de un tipo de ventilador determinado.Ventiladores con paletas mltiples. Estos ventiladores pueden tener las paletas curvadas hacia adelante, como en la figura 107, o hacia atrs, como en las figuras 108 y 109. En todos los tipos representados el rodete est formado por un disco sobre el cual va montado el cubo, y una corona circular o anillo, unida al disco por una serie de paletas, o alabes, repartidos a distancias iguales. En las figuras 107 y 108 las paletas son delgadas, macizas y curvadas, y van unidas al disco y corona mediante remaches. Cuando la anchura del rodete debe ser ms grande que la representada en las figu-218 LA PRODUCCIN DE ENERGAras 107 y 108, se intercala un anillo intermedio equidistante de la corona y del disco, cuya misin es acortar las paletas y dar al conjunto ms resistencia y rigidez cuando gira a velocidades elevadas. El tipo de construccin representado en las figuras 107 y 108 se ha venido empleando durante

Paleta hueca curvada hacia atraslargo tiempo por muchos fabricantes de ventiladores.

Fig. 109. Rodete de ventilador centrfugo conpaletas huecas curvadas hacia atrs, de la ChicagoBlower Corporation.En la figura 109 se representa un rodete con paletas huecas curvadas hacia atrs, de forma aerodinmica, con anchura normal y una sola boca o entrada. Las paletas huecas son estampadas y van soldadas al disco y corona para formar un rodete de gran rigidez sin necesidad de recurrir a tirantes y virotillos. Al pasar el aire o gases a travs del rodete, circula con un mnimo de prdidas por rozamiento y turbulencia, lo cual aumenta el rendimiento del ventilador. Otros fabricantes construyen rodetes con paletas huecas curvadas hacia atrs, que llevan un orificio en el borde trasero de cada paleta. Los rodetes se construyen a veces de doble boca y de doble anchura, con anillos intermedios equidistantes del discoy de la respectiva corona para acortar las paletas y conseguir una estructura ms rgida. La carcasa o envolvente de los ventiladores de paletas mltiples mencionados son de la forma general representada en la figura 105. Otro tipo de ventiladores de paletas mltiples tienen stas con la forma correspondiente a la superficie determinada por dos conos tangentes. De esta manera la paleta tiene una marcada curvatura hacia adelante en su borde de entrada, y hacia atrs, en su borde de salida. Las caractersticas de funcionamiento de los ventiladores provistos de esta clase de paletas son excelentes y sus rodetes resultan de suficiente rigidez, sin tener que recurrir a muchos anillos reforzantes.PRODUCCIN DEL TIRO - CHIMENEAS Y VENTILADORES 219Cuando los ventiladores estudiados se destinan a producir tiro inducido o forzado con aire precalentado, deben ir equipados con cojinetes refrigerados, debido a la elevada temperatura de los gases o del aire trasegados. Los ventiladores de cualquier tipo destinados a tiro inducido han de ser de construccin robusta para resistir la accin corrosiva de los gases quemados y la erosin de las partculas de ceniza y escoria que pasan por ellos.165. Efecto de la forma de las paletas sobre la velocidad del aire. Los efectos de la forma de las paletas sobre la velocidad resultante del aire aparecen representados en la figura 13 0. En el diagrama vectorial las velocidades

Paleta recta Paleta curvada hacia adelante Paleta curvada hacia atrsFig. 110. Tipos de paletas de ventilador y velocidades del aire resultantes.vienen diferenciadas por los siguientes smbolos: Vt = velocidad perifrica; Vo = velocidad del aire en las paletas, o velocidad relativa; y V = velocidad resultante final del aire. Cuando todos los rodetes representados giran con la misma velocidad perifrica, los que tienen las paletas curvadas hacia adelante producen la velocidad resultante mxima del aire; y los que tienen las paletas curvadas hacia atrs, la mnima. Cada una de las paletas representadas en la figura 110 puede tener algunas modificaciones y retener la clasificacin asignada. Sin embargo, cuando se mantiene constante la velocidad perifrica Vt, comn a cada tipo de paletas de la figura 110, cualquier modificacin en la forma de las paletas radiales, curvadas hacia adelante, o curvadas hacia atrs, se traduce en una modificacin de la velocidad resultante V, as como en el funcionamiento del ventilador correspondiente. La velocidad resultante del gas, al abandonar las paletas del ventilador, tiene gran importancia, dado el punto de vista de la velocidad de funcionamiento y ruido producido por l. Las paletas curvadas hacia atrs permiten trabajar a velocidades elevadas con grandes rendimientos volumtricos y con amplios lmites de capacidad, a velocidad constante, con pequeas variaciones en la potencia requerida.166. Nomenclatura de los ventiladores. Los ventiladores con rodete de disco y los de paletas mltiples se clasifican segn : (1) el nmero de bocas220 LA PRODUCCIN DE ENERGA

Segn las agujas del reloj. Horizontal alta.Segn las agujas del reloj. Horizontal baja.Contra las agujas del reloj. Horizontal baja.Segn las agujas del reloj. Hacia abajo.Segn las agujas del reloj. Hacia arriba.

Contra las agujas del reloj. Horizontal alta.

Contra las agujas del reloj. Hacia abajo.

Segn las agujas del reloj. Haca arriba.

Contra las agujas del reloj. Superior inclinado. Contra las agujas del reloj. Hacia abajo inclinado.Segn las agu-ias del reloj.Hacia abajo

inclinado.

Contra las agujas del reloj. Hacia arriba inclinado.Segn las agujas del reloj. Hacia arriba inclinado.

Segn las agujas del reloj. Superior inclinado.El sentido de rotacin se determina mirando el ventilador por la cara del accionamiento, tanto sea de boca de aspiracin nica como de doble boca. En los ventiladores de boca de aspiracin nica el accionamiento se supone situado en la parte "opuesta a dicha boca, independientemente de la posicin real del accionamiento. En el caso de un ventilador invertido para ser colgado del techo, el sentido de rotacin y de descarga se determina estando el ventilador sobre el suelo.

Sentido de rotacin y de descarga

TIPOS DE ACCIONAMIENTO 1.Rodete de anchura simple y de boca nica, para accionamiento por correa o por acoplamiento directo. Rodete envoladizo, con dos cojinetes sobreuna base o silleta. 2.Rodete de anchura simple o de boca nica, para accionamiento por correa o por acoplamiento directo. Rodete envoladizo. Cojinetes en mnsulassoportadas por la carcasa delventilador. 3.Rodete de anchura simple y de boca nica, para accionamiento por correa o por acoplamiento directo. Un cojinetea cada lado y soportado por lacarcasa del ventilador. Este tipono es recomendable para rodetes de 686 mm y ms pequeos.

3.Rodete de doble anchuray doble boca, para accionamiento por correa o por acoplamiento directo. Un cojinete en cadalado y soportado por la carcasadel ventilador. 4.Rodete de anchura simpley de boca nica, para accionamiento directo. Rodete montadosobre el propio eje del motory sin cojinetes en el ventilador.Motor descansando sobre unabase o silleta.7. Rodete de anchura simple y de boca nica, para accionamiento por correa o por acoplamiento directo. Es el mismo tipo que el n. 3 complementado con una base para el motor. Este tipo no es recomendable para rodetes de 686 mm y ms pequeos. 7.Rodete de doble anchuray de doble boca, para accionamiento por correa o por acoplamiento directo. Este tipo esigual al n. 3 complementadocon una base para el motor. 8.Rodete de anchura simple y de boca nica, para accionamiento por correa o por acoplamiento directo. Este tipo esigual al n. 1 con la base modificada para poder instalar elmotor sobre ella. 9.Rodete de anchura simple y de boca nica, para accionamiento por correa. Este tipoes igual al n. 1 modificado parainstalar el motor sobre una caralateral de la base.Tipos de accionamientoFig. 111. Distintas posiciones de los ventiladores y diversos tipos de accionamiento.PRODUCCIN DEL TIRO - C H I M E N E A S Y VENTILADORES 221o entradas, en simples y dobles; (2) la anchura del rodete, en simples y dobles; (3) la boca de salida, en alta, baja, vertical, horizontal y angular; (4) la carcasa o envolvente, en completa, siete octavos y tres cuartos; y (5) el sentido de giro, a la derecha y a la izquierda, visto desde la cara del accionamiento.Un ventilador de envolvente completa es aquel en que la espiral del ventilador se halla totalmente encima de la base sobre la cual descansa el ventilador, tal como aparece en la figura 105. Los ventiladores con envolvente 7/8 y 3/4 tienen su espiral extendindose por debajo de la parte alta de la base soporte. En los del tipo 3/4 la espiral se extiende ms por debajo de la linea de base q