Planta propulsora de vapor

Plantas Propulsoras de Vapor

Presentada por: Bucchi, Didier

Título:

“Planta Propulsora de Vapor”

INDICE
INDICE..............................................................................................................................................1
Objeto de este trabajo ......................................................................................................................1
Este trabajo tiene como principal objetivo proporcionar información confiable sobre el
funcionamiento y componentes principales de las plantas propulsoras de vapor............................1
Capítulo II..........................................................................................................................................1
Capítulo III.........................................................................................................................................3
Capítulo IV.........................................................................................................................................7
Capítulo V..........................................................................................................................................9
Capítulo VI.........................................................................................................................................9
El futuro de la Planta Propulsora de Vapor.......................................................................................9
Referencias bibliográficas:...............................................................................................................10
Seudónimo AstaBOTh15. (2010) Portaviones. Consultado el 25 de mayo 2010 en:
........................................................................................................................................................10

Capítulo I
Objeto de este trabajo
Este trabajo tiene como principal objetivo proporcionar información confiable
sobre el funcionamiento y componentes principales de las plantas propulsoras de
vapor.

Capítulo II
Funcionamiento de la Planta
Propulsora de Vapor.


El combustible es almacenado en tanques especiales llamados en general
TANQUES DE PETROLEO. Muchos de estos tanques están situados a
una distancia considerable de las calderas. Por tal motivo se instalan uno o
mas tanques cerca del compartimento de calderas, designados con el
nombre de TANQUES DE PETROLEO DE SERVICIO, y las bombas que
proveen el combustible a las calderas llamadas BOMBAS DE PETROLEO
DE SERVICIO, toman normalmente de estos tanques (tanques de
servicio). Para reponer el petróleo de los tanques de servicio se trasvasa el
necesario de los tanques de almasenaje a los tanques de servicio por
medio de una o varias bombas llamadas BOMBAS DE TRANSVASE DE
PETROLEO.
Además estas bombas pueden ser usadas para enviar el petróleo desde
los tanques de almacenaje a la aspiración de las bombas de “servicio de
petróleo a quemadores” con presión, especialmente cuando el petróleo es
muy viscoso y esta frío.
Con el objetivo de conseguir que el petróleo se queme completamente,
debe ser finamente atomizado y mezclado con la suficiente cantidad de
aire para que la combustión sea completa. El petróleo es atomizado por
medio de los QUEMADORES, los cuales tienen dispositivos para admitir y
dirigir el aire necesario al interior del hogar para la combustión del petróleo.
(…)
El petróleo debe ser calentado con el objeto de de disminuir su viscosidad
en forma tal de obtener una apropiada atomización en los quemadores.
Esto se efectúa por medio de un CALENTADOR DE PETROLEO, cuya
fuente de calor es el vapor; en el que se hace pasar al petróleo enviado
por las bombas de petróleo a quemadores antes de llegar a los
quemadores, llegando caliente a los mismos…Al entregar el calor al
petróleo frío, el vapor se
condensa, y se lo descarga como agua caliente a la tubería de drenaje de
los calentadores de petróleo.
Debido a que el agua deja impurezas dentro del recipiente en la cual
ha sido evaporada, como también a que dichas impurezas son
perjudiciales para el material de las calderas y ocasionan una disminución
en la capacidad de transmisión del calor del combustible al agua, las
plantas de maquinas marinas no deben ser alimentadas con agua de mar,
ni aun con el agua dulce proveniente de tierra. Por el contrario, toda el
agua empleada debe ser destilada antes de enviarla al sistema de
alimentación de calderas. Además con el objetivo de un mayor radio de
acción y un funcionamiento económico el agua de alimentación usada en
las calderas debe ser vuelta a usar infinidad de veces…
El agua que debe reponerse, llamada agua de suplemento de
alimentación, se destila del agua de mar, en las plantas destiladoras del
buque y se la almacena en tanques llamados tanques de reserva de
alimentación, para ser usada en el momento oportuno.
(…)


La mayor parte del agua generada en la caldera es enviada al
receptor de la maquina a través de la tubería de vapor principal. En el
receptor de la maquina, de su alta presión y temperatura con que ha sido
enviado de la caldera, el vapor se expande hasta una baja presión y
temperatura, convirtiendo parte del calor recibido del combustible en la
caldera, en trabajo mecánico…
El vapor luego de haber efectuado el trabajo mecánico, habiendo
sido expandido hasta una baja presión y temperatura es descargado al
condensador principal para ser recuperado por medio de las tuberías de
recuperación.
(…)
Para mover cierta cantidad de bombas, maquinas de los dinamos
del buque, y otras maquinas auxiliares, que se requiere vapor para su
funcionamiento, este es tomado de la tubería de vapor auxiliar.
(…)
Esta descripción no es completa, como se comprenderá. Son
muchas las maquinas y accesorios, o unidades completas, que se ha
omitido describir y que se usan para aumentar la eficiencia de la planta
propulsora, y su facilidad de conducción, especialmente para controlar
posibles averías. (Silvestre Valdez, 1947, p.1/1-1/11)

Capítulo III
Calderas Marinas
Definicion:
Se denomina caldera de vapor a un recipiente cerrado, destinado a
producir vapor de agua a presiones superiores a la atmosférica, por
utilización del calor que se genera al quemar un combustible sólido, líquido
o gaseoso.

Generalidades:
Se compone siempre de tres partes esenciales, que son: el horno o
cámara de combustión, la cámara de agua y la cámara de vapor.
El horno o cámara de combustión es la parte de la caldera donde se
quema el combustible utilizado para la producción de vapor.
Las cámaras de agua y de vapor constituyen a caldera propiamente
dicha. Están formadas por recipientes metálicos, de resistencia adecuada,


que adoptan la forma de cubiertas cilíndricas, que contienen, colectores,
tubos, etc., comunicados entre si, por su cara interna contienen el agua a
vaporizar, mientras que casi toda la superficie externa se halla en contacto
con las llamas o gases de la combustión.
(…)

Elementos que caracterizan a las calderas:
1º) La presión de régimen o timbre, que corresponde a la presión de vapor
máxima, considerada como limite superior de funcionamiento al proyectar
la caldera. A fin de evitar que pueda sobrepasarse por cualquier causa, se
colocan dispositivos automáticos de descarga de vapor en exceso,
denominados válvulas de seguridad.
2º) La capacidad o potencia de la caldera. O sea el peso de vapor que
pueda producir en una hora.
3º) La superficie de calefacción, que comprende las partes metálicas que
se encuentran en contacto: por uno de sus caras con el agua y el vapor de
la caldera; por la puesta, con los productos de la combustión.
4º) La superficie de grilla o volumen de horno, en las calderas que queman
carbón o petróleo, respectivamente. Este elemento determina, junto con el
anterior, la potencia de la caldera, o sea su capacidad para producir en un
tiempo dado un peso de vapor tanto mayor cuanto mas elevados sean sus
valores.
5º) Además de los elementos principales indicados, se caracteriza las
calderas por su peso, la superficie de los recalentadotes de vapor,
ecomizadores de agua de alimentación y calentadores de aire,; el volumen
de las cámaras de agua y de vapor, etc.
(…)

Clasificación de las calderas:
Las calderas pueden dividirse en dos grandes grupos:
a) Calderas de tubos de llamas (tubulares)
b) Calderas de tubos de agua (acuotubulares)
En las del primer grupo los gases, de la combustión circulan por el interior
de los tubos vaporizadores, que están sumergidos en el agua de la
caldera. En las calderas del segundo grupo, el agua y el vapor circulan por
el interior de dichos tubos, cuya superficie externa esta en contacto con los
gases de la combustión.
(…)

Calderas de tubos de llamas.
Según el sentido de la dirección de los gases dentro de la


caldera se clasifican en:
a) Caldera de llama de retorno.
b) Caldera de llama directa.
En las primeras, las llamas circulan en un sentido dentro de los hornos y
cámaras e combustión; en el opuesto, por el interior de los tubos hacia los
conductos de humo y la chimenea. En cambio, en las últimas, los gases
siguen un camino directo desde el horno hasta los conductos de humo y la
chimenea. En la actualidad, estas calderas no tienen aplicación en los
buques de guerra, por razones que expondremos mas adelante.

Calderas de tubos de agua.
El empleo de tubos de agua es inevitable cuando se trata de obtener
grandes capacidades y elevadas presiones de vapor, como el caso de los
buques de guerra y mercantes de pasajeros, de gran velocidad. Por la
subdivisión interna de estas calderas, en colectores y tubos de pequeño
diámetro, pueden construirse con placas de poco espesor, resultando
aptas para soportar altas presiones. Por su forma la cantidad de agua que
encierran es relativamente pequeña; permiten desarrollar en un reducido
volumen una gran superficie de calefacción y disponerla de manera
conveniente para la mejor transferencia de calor, rodeando una amplia
cámara de combustión, independiente de la estructura resistente de la
caldera. Por estas causas, su vaporización específica resulta muy superior
a la que puede conseguirse con calderas de tubos de llama, lo que permite
mejorar las condiciones militares del buque, aprovechando la reducción de
peso para aumentar su velocidad o radio de acción, la protección
acorazada, su poder ofensivo, etc.
Estas características determinan que sean insustituibles en los
buques de guerra, donde se trata de instalar calderas de gran capacidad y
alta presión de vapor, cuyo peso y volumen sea lo mas reducido posible.
Las calderas acuotubulares se designan generalmente por el
nombre del inventor o firma que las construye.
Como se ha indicado, entre las distintas clasificaciones de las
calderas acuotubulares, la más racional es la que tiene en consideración
su peso por unidad de superficie de calefacción, la inclinación de los tubos
vaporizadores y la circulación interna del agua.
Con respecto a su peso, se subdividen en tipo pesado y tipo liviano.
Como a su vez las primeras están formadas por un conjunto de pequeñas
secciones o elementos iguales, se designan comúnmente en la industria
con el nombre de calderas seccionales.
Según la inclinación de los tubos vaporizadores, se subdividen en calderas
de tubos semi-horizontales o semi- verticales. Las primeras tienen tubos
rectos de diámetro relativamente grande de entre 50mm y 100mm,
ligeramente inclinado entre 10º y 20º, mientras que los correspondientes a
las segundas están dispuestos casi verticalmente y son de diámetro menor
entre 25mm y 50mm.
Finalmente, según la circulación de agua, se clasifican como:


a) Caldera de circulación natural limitada
b) Caldera de circulación natural libre
c) Caldera de circulación natural acelerada
d) Caldera de circulación natural forzada
En los tres primeros casos, la circulación interna del agua es natural
Provocada por las corrientes de conveccion que se establecen por
diferencia térmica mientras que en el último, la circulación se consigue
artificialmente, por medios externos.
a) En estas, los tubos vaporizadores forman un serpentín con ligera
inclinación ascendente con respecto a la horizontal; en algunos casos,
están constituidas por un tubo de gran longitud dispuesto
helicoidalmente rodeando al horno. El agua entra a los tubos por su
extremo inferior, donde se une generalmente a un colector de pequeño
diámetro; la circulación que se establece queda limitada a la
imprescindible para reponer la cantidad vaporizada. Las burbujas de
vapor que se forman a lo largo del tubo o tubos que componen cada
serpentín, deben recorrer distintas distancias a través de los mismos
para alcanzar el colector alto, por lo que la vaporización especifica de
estas calderas es relativamente reducida. El tipo clásico de caldera
Belleville.
b) Las calderas de circulación natural libre, tienen los tubos vaporizadores
ligeramente inclinados hacia la parte alta y unida, en el frente y parte
posterior de la caldera, a colectores verticales o de pequeña inclinación,
que desembocan en el colector de vapor. Los tubos resiven el agua de
un colector bajo, elevandose a través de los colectores verticales y
tubos, para descargar al colector alto tranformada en vapor. A este tipo
pertenecen las calderas Babcock-Wilcox de tubos rectos, la Niclausse,
la Dürr, la Field, etc.
c) Las calderas de circulación acelerada, están compuestas por un
sistema de tubos vaporizadores y de colectores horizontales, situados a
distintas alturas. Tienen generalmente dos o tres colectores bajos y uno
superior de mayor diámetro, unidos entre si por tubos casi verticales o
muy inclinados, rectos o curvos, que rodean la cámara de circulación
interna del agua y del vapor se verifica en forma activísima y regular. El
agua del colector alto se envía y la circulación se establece al decender
a los bajos a través de los tubos de circulación o de caída, situados
fuera del horno, o bien por las hileras de tubos mas alejadas del fuego.
Al calentarse, asciende libremente por las hileras de tubos más
cercanas al horno, con lo que establece una circulación muy activa y de
sentido bien definido, descargando en forma de vapor al colector alto.
En la actualidad, las calderas de circulación acelerada se emplea sin
excepción en todas las marinas de guerra, por ser las de mayor
vaporización efectiva y menor peso. A este tipo pertenecen las calderas
Yarrow, Thornycroft, Babcock-Wilcox de tubos curvos, White-Foster,
Normand, Foster-Wheeler, etc.
d) En las calderas de circulación forzada, el agua es obligada a circular
por su interior debido a la acción de medios mecánicos externos. Con
esto se consigue la velocidad de circulación y, por ende, la transmisión
de calor a través de la superficie de calefacción. De esta forma se
obtienen vaporizaciones específicas elevadísimas y calderas de gran
capacidad y de rendimiento, con una sensible disminución del peso y


del volumen, con respecto a los otros tipos. En la actualidad solo se
usan en tierra.(Moises Romero Villanueva,1946.p45-51)

Capítulo IV
Tratamiento del agua de
alimentación.
Impurezas en el agua de alimentación:
Las impurezas en el agua de alimentación es una fuente constante de
preocupación para el personal encargado de su maniobra, porque ello
afecta no solo la eficiencia de la misma, sinó también, su seguridad. Los
daños más grandes que pueden provocar estas impurezas son:

Sales que pueden provocar incrustaciones, presentes en el agua de
mar y de dársenas, que pueden introducirse en el sistema de alimentación
por arrastrarse en la planta evaporadora, por perdidas de agua de mar de
los evaporadores, y por perdidas en todos los mecanismo que emplean
agua de mar para enfriamiento.

Corrosiones en el interior de la caldera:
Estas pueden producirse por:
Ataque acido
Disolución eléctrica
Oxidación
O combinaciones de estos tres.
El agua de mar es una fuente potencial de acido debido a su
contenido de sales, particularmente el cloruro de magnesio, que se
hidroliza para producir acido. Desde que el hidróxido de magnesio es
relativamente insoluble en el agua, puede separarse como fango, dejando
al acido clorhídrico en solución. Para evitar este tipo de corrosión es
necesario que el agua sea alcalina.
La corrosión electrolítica es un proceso similar al galvanizado, por lo
cual, bajo la influencia de una corriente eléctrica, de un polo se desprende
metal que es transportado a través de la solución y depositado en el otro
polo. Este proceso provocara la corrosión o picadura del metal menos
noble. Al igual que para el ataque acido la solución a este problema es que
el agua sea alcalina.


La oxidación directa del metal de la caldera resulta de la reacción,
ya sea del oxigeno disuelto o del oxigeno de las moléculas del agua, con el
hierro de los tubos y cubiertas. El oxigeno que entra con el agua de
alimentación es la mayor causa de corrosión de la caldera.

Tratamiento del agua de alimentación:
A fin de neutralizar los efectos de la contaminación, el agua de
alimentación debe ser tratada químicamente, para controlar:
1) La formación de incrustaciones en las paredes internas de la
caldera;
2) la corrosión; y
3) la formación de espuma y ebulliciones;
y tratada mecánicamente y por calentamiento para reducir el oxigeno
disuelto en la misma. En lo que sigue se tratara lo concerniente al
tratamiento químico empleado.
Una mezcla de productos químicos, conocida como “Compuesto
Reglamentario”, se emplea en todos los buques de guerra con los
siguientes propósitos:
1) Para neutralizar la formación de ácidos en el agua de la caldera,
es decir, mantener una condición ligeramente alcalina;
2) Para proveer los productos químicos para la remoción y
prevención de incrustaciones;
3) Para precipitar las impurezas en forma de fango, y que puedan
ser extraídas por las extracciones de fondo o superficie; y
4) Para prevenir la corrosión por oxidación.
Los productos químicos empleados en el compuesto son:
a) Fosfato disódico 47%
b) Carbonato de sodio 44%
c) Almidón de maíz 9%
El fosfato disódico neutraliza los silicatos y combinados con el
carbonato de sodio neutraliza también el sulfato de calcio y lo transforma
en fango. El carbonato de sodio sirve también para controlar la alcalinidad
del agua de la caldera. El almidón de maíz aglomera los sólidos en
suspensión precipitados por el fosfato disódico y el carbonato de sodio y
los mantiene en forma que no sean perjudiciales, también reduce la
tendencia a la ebullición y al arrastre de agua, y en combinación con los
otros dos ingredientes del compuesto, remueve los sólidos en suspensión
en el agua. La tercera e importante función del almidón es reducir la
corrosión debida a la oxidación. Esto se hace en dos formas: primero, el
almidón forma una película protectora sobre las superficies metálicas,
previendo de esta forma que el oxigeno disuelto en el agua se ponga en
contacto con las superficies metálicas, y el segundo, el almidón tiende a
absorber el oxigeno disuelto en el fango formado por los sólidos en
suspensión.(Raul P.Molteni, 1948.p1/1-1/11)


Capítulo V
Aparatos auxiliares y accesorios para la
combustión
del petróleo en calderas.

Generalidades: para la combustión del fuel-oil en las calderas por el
procedimiento de pulverización por presión, se requiere el siguiente
conjunto de aparatos mecánicos:
a) Quemadores, para la pulverización del fuel-oil un grado
de fineza adecuado.
b) Equipo auxiliar de encendido, para iniciar la combustión
en las calderas.
c) Bombas de petróleo, para el transvase y compresión del
combustible a quemar.
d) Calentadores de petróleo, para elevar la temperatura del
mismo al límite conveniente para la pulverización.( Raul
P.Molteni, 1948.p5/1.5/11)

Capítulo VI
El futuro de la Planta Propulsora de
Vapor
Plantas propulsoras nucleares. Este tipo de plantas propulsoras tiene
prácticamente el mismo funcionamiento que las plantas de vapor, solo que en
este caso es un reactor nuclear el encargado de calentar el agua y producir el
vapor que es enviado a las turbinas. El primer buque de superficie con propulsión
nuclear del mundo fue el USS Long Beach (CGN-9) que entró en servicio en
1961. La propulsión nuclear ofrece ventajas significativas. Al contrario que los
buques convencionales que necesitan tomar combustible cada cierto número de
días, un buque de propulsión nuclear tiene un radio de acción muchísimo más
amplio y puede mantenerse durante años sin necesidad de repostar, ya que no
necesita consumir combustible. Las plantas nucleares son más grandes que las
convencionales, pero en conjunto ahorran espacio a un buque ya que éste no
tiene necesidad de cargar fuel-oil en sus tanques. El principal inconveniente de la
propulsión nuclear es su coste inicial.


Referencias bibliográficas:

Silvestre, Valdés. (1947), Maquinas Marinas, Maquinas Alternativas de Vapor,
Tomo 1. Buenos Aires: Ed. Río Santiago.

Raúl P. Molteni. (1948), Maquinas Marinas, Calderas Navales, Tomo 2. Buenos
Aires: Ed. Río Santiago

Moisés, Romero Valdés. (1946), Calderas Marinas, Tomo Primero. Buenos Aires:
Ed. Río Santiago

Paginas de Internet:

Seudónimo AstaBOTh15. (2010) Portaviones. Consultado el 25 de mayo
2010 en:
http://es.wikipedia.org

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