3º MAQUINAS TERMICAS

Tercera práctica de máquinas térmicas

Univ. blanco sirpa franz freddy

%!RC!RA PR&C%ICA "! '&(UINAS %)R'ICAS 3º PRACTICA INGENIERIA TERMICA (MAQUINAS TERMICAS) MEC - 440

 

1.- Un caldero piro tubular genera vapor a una presin absoluta de 10.!4" . Un calorimetro de estrangulacin determina que la calidad del vapor es del 100#. Un anali$ador de gases en la c%imenea muestra el siguiente resultado de la combustin de un %idrocarburo alcano& 10# de C'() 0.!*# de C') (.*+# de '() ,+.10# de (. El lu/o másico de vapor es de (44.+" g2% 3 la eiciencia del caldero es del +0#. a temperatura de agua en el tanque de condensados es de !!5C. 6allar& a7 El combustible usado 3 el e8ceso de aire en la combustin. b7 El consumo volumétrico de combustible. c7 a capacidad real del caldero. d7 a capacidad nominal del caldero. e7 a supericie de calentamiento considerando un 9.:.C. igual a 1.!

Sol*ci+n,

Ca H b

+

A(O2

+ 3,76 N 2 ) → 10CO2 +

0,53CO + 2,37O2

+ 87,1N 2 +

BH 2 O

a = 10,53 b = 42,10 A = 23,16 B = 21,05 a-

C

10.53

H

42 , 53

+ 2,2(O2 + 3,76 N 2 ) → 0,95CO2 + 0,05CO + 0,23O2 + 8,27 N 2 + 2 H 2 O (ecuación Re al )

A la ec*aci+n le dividios /odo en/re $0.12 para 3*e en el alcano /en4aos *n cob*s/ible conocido5 por lo /an/o /eneos, CH 4 + 2,2(O2 + 3,76 N 2 ) → 0,95CO 2 + 0,05CO + 0,23O 2 + 8,27 N 2 + 2 H 2 O (ecuación Re al ) !n/onces el cob*s/ible *sado es5 e/ano,

CH 4

+

2,2(O2

+ 3,76 N 2 ) →

CO2

+ 7,52 N 2 +

2 H 2 O (ecuaciónEstequiométrica )

2,2 2 01,1 ExcesodeAire = 10%

λ

=

b-

η Caldero

=

CR

& comb * PCS Comb m UNIV. BLANCO SIRPA FRAN FR!""#

$

%!RC!RA PR&C%ICA "! '&(UINAS %)R'ICAS

m& comb

=

m& vapor ( h2

− h1 )

η caldero PCScomb

h2

=

[h]10,546bar

h1

=

C p ∆T

=

=

2779,12[ KJ / Kg ]

4,189 * 55 = 230,4[ KJ / Kg ]

PCS

=

55530[ KJ / Kg ]

ρ CH

=

PM RT

4

V&comb

=

V&comb

=

1 * 16

=

=

0,0823 * 273

2494,76[ Kg / h ] 3600[ s ]

*

0,712[ Kg / m 3 ]

2779,12 − 230,4 0,712 * 0,7 * 55530

=

3,09[ Kg / min]

3,83[ m 3 / min]

c& v ( h2 CR = m

−

h1 ) =

2494,76 Kg 1[ BHP] [ ] * ( 2779,12 − 230,23) = 1766,4[ KW ] * = 180[ BHP ] 3600 s 9,812[ KW ]

d-

CR = FSC * CN

→

CN

=

CR FSC

=

180

= 120[ BHP]

1,5

e-

SC

=

0,93 * CN

=

0,93 * 120 = 111,6[ m 2 ]

UNIV. BLANCO SIRPA FRAN FR!""#

6

%!RC!RA PR&C%ICA "! '&(UINAS %)R'ICAS (.- Un caldero 6;T indica en su plaqueta técnica& Capacidad ominal&

1000 g2% 9<= 1005C

:upericie de calentamiento&

!0



:i asumimos que la plaqueta rele/a una capacidad real.a7 >eterminar su capacidad en ?6@ si la

  3 este opera en laciudad de a @a$. b7 6allar el

presin manométrica del caldero es de 1( 9actor de :obre Carga de esta caldera.

a7

>e la ecuacin&

 =  ∗ℎ −ℎ

Calculamos la presin absoluta de la caldera&

 =  + = 12+0. = 12. !"#$   = 12%& !' @ara nuestro diseAo asumiremos una temperatura de condensados de *0 BC. >e tablas tenemos&

[h]1243KPa = 2785[ KJ / Kg ]

h2

=

h1

= C p ∆T =

4,189 * 30 = 125.7[ KJ / Kg ]

;eempla$ando en la anterior ecuacin tenemos&

1ℎ = (&).( !,  = 1000∗ 2()*−12*.( ∗ &00  1 -  = (&).( !, ∗ /.) !, = (*.&) -  = (*.% -  = 0./.&. = 0.*0/& = *&.( - - ...=  = (*.&) = 1.%0

b7 6allamos la capacidad nominal&

El actor de sobrecarga será&

. ..= 1.*&.%0(


2

%!RC!RA PR&C%ICA "! '&(UINAS %)R'ICAS *.- Una caldera tiene una potencia de ,0 ?6@ 3 se alimenta con agua cu3a dure$a es de 1!0 ppm. a caldera opera (4 % al da) (1 das consecutivos 3 tiene un retorno del (*# de condensado. >eterminar los granos U: por regeneracin 3 las caractersticas técnicas del ablandador. Solución:$8

"*reza del a4*a,

"4'56 1*0 33 ∗ 1(.1 "'765 1 33 = ).( (2 ".3." 68 Se debe d e/erinar el /iepo en/re re4eneraciones,

1 8 2% ℎ 21 <' 1 48"8584'$9:5 ; 1 <' ; 1 8 ;

28 Se debe conocer la po/encia del caldero en B9P.

 = )0 - 78 Se debe conocer el porcen/a:e de re/orno de vapor en fora de condensados,

2& > La can/idad de resina por re4eneraci+n es,

<' ∗ 1 48"8584'$9:5 1 8 ∗ 1.1* ....= ).((2 "4'56 "'7652&∗ %"'765 1 ℎ64' - ∗ )0 - ∗"4'56 12%<'ℎ ∗ 211 8 ∗ ?1 − 100@ = 12*2(*/.* 48"8584'$9:5 "4'56 ....= 12*2(*/.* 48"8584'$9:5 Con el da/o ob/enido ele4ios *n ablandador de la /abla ad:*n/a5 y b*scaos la capacidad del s*avizador, Re3*erios 7 ablandadores de a4*a conec/ados en paralelo del odelo 260;' CLA#%ON. Capacidad S*avizadora, "i<e/ro de /*ber=a, Fl*:o en servicio,

260000 4ranos U.S. $ p*l4ada $2> l/?in

Fl*:o para lavado, "iensiones %. S*avizador, Sal re3*erida por re4eneraci+n, %ipo de sal*era, !spacio re3*erido, "iensiones /an3*e de sal*era

@2 l/?in 0.>>$.2>  @0 4 1 c $.66$.@  "i<e/ro, >> c Al/*ra, $66 c UNIV. BLANCO SIRPA FRAN FR!""#

7

%!RC!RA PR&C%ICA "! '&(UINAS %)R'ICAS 4.- >eterminar las caractersticas del suavi$ador de agua requerido asumiendo que el caldero tiene una potencia de ! ?6@) un retorno de condensados del (0#) la dure$a del agua es de (0 ppm 3 el caldero opera (4 %oras al da) + das a la semana antes de una regeneracin.

$8 "*reza del a4*a,

"4'56 20 33 ∗ 1(.1 "'765 1 33 = 1.1 ( ".3." 68 Se debe d e/erinar el /iepo en/re re4eneraciones,

<' ; 1 48"8584'$965 1 8'5' 12%<'ℎ ; 1 (8'5' 28 Se debe conocer la po/encia del caldero en B9P.

 = /* - 78 Se debe conocer el porcen/a:e de re/orno de vapor en fora de condensados,

20 > La can/idad de resina por re4eneraci+n es,

% "'765 2% ℎ ( <' 1 8'5' .. .. = 1.1( "4'56 ∗ "'765 1 ℎ64' - ∗/* - ∗ 1 <' ∗ 1 8'5' ∗ 1 48"8584'$9:5 ∗ 1.1* ∗ ?1 − 100@ 20 = )(1(.% 48"8584'$9:5 "4'56 "4'56 ....= )(1(.% 48"8584'$9:5 Con el da/o ob/enido ele4ios *n ablandador de la /abla ad:*n/a5 y b*scaos la capacidad del s*avizador, Re3*erios $ ablandador de a4*a del odelo D;' CLA#%ON. Capacidad S*avizadora, "i<e/ro de /*ber=a, Fl*:o en servicio, Fl*:o para lavado, "iensiones %. S*avizador,

D000 4ranos U.S. 2?7 p*l4ada 1> l/?in 61 l/?in 2D$.2> 

Sal por re4eneraci+n, %ipore3*erida de sal*era, !spacio re3*erido, "iensiones /an3*e de sal*era

@0 1 4 c $.66$.@  "i<e/ro, 1> c Al/*ra, D0 c


1


!.- :e tiene una caldera cu3as dimensiones de caAn) carcasa 3 tubos se muestra en la igura. El largo de los tubos es 1.+! m. 6allar la supericie de calentamiento 3 su capacidad nominal.

Calculamos todas las supericies que están en contacto con el agua caliente 3 el vapor de agua& :upericie del caAn&

 = A ∗<  ∗ B = A ∗ 0.%∗ 1.(* = 2.*   :upericie interior de los tubos&

C = DEFG ∗ A ∗<  ∗B = &/ ∗ A ∗0.02*%∗ 1.(* = *.%*   :upericie de las planc%as anterior 3 posterior de la caldera donde se insertaran los tubos&

 = 2 ∗ H A ∗%< − A ∗<% I − D∗ A% ∗< J  = 2 %∗A ∗ K< −
..=   + C + M = 2. *+*.%*+1.&2 ..= /.&&   Entonces la capacidad nominal es&

 = 0./& = /.0.&/&& = 10.0& - -  = 10.0 - UNIV. BLANCO SIRPA FRAN FR!""#




".- Con los datos que se muestran %aciendo uso del paquete 9ireC=>) determine&

a) b) c) d) e)

Calcular la C; 3 comparar con el programa >eterminar 3 comparar el @C= del combustible determinar el consumo de combustible en C.. >eterminar el lu/o másico 3 volumen en C.. de aire requerido >eterminar la capacidad del ablandador para un agua de *0 ppm de dure$a 3 una regeneracin de (00 %oras 3 1!# de condensado

Sol*ci+n, Con los an/eriores da/os ob/eneos del pro4raa los res*l/ados,


>


a-

h2

=

[h ]106

h1

=

C

p

∆

, 013 bar

T

=

=

2782

4 ,189

, 3 [ KJ

* 60

=

/ Kg ]

251 , 34 [ KJ

/ Kg ]

& = 200[ kg / h] m

CR = Q& aprovechado

=

& v ( h2 m

−

h1 ) = 200[

Kg h

] * (2782 − 251,34)[

Coparando con el pro4raa HeatLoad

PCS

=

=

KJ Kg

]*

1[ Kcal ] 4,18[ KJ ]

= 0,118 * 10

6

[ Kcal ] h

0,123 * 10 6 [ Kcal ] h

∑ PCS i * xi = 0,2545(890360) + 0,0984(1559900) + 0.2012( 2220000) + 0,1458(2877100) +

0,0761(3536100)

PCS

b-

M GLP

= 1515333,17[ KJ =

/ Kmol ]

∑ xi * M i = [0,2545(12 + 4) + 0,0984(12 * 2 + 6) + 0,2012(12 * 3 + 8) + 0,1458(12 * 4 + 10) +

0,0761(12 * 5 + 12)]

M GLP PCS

= =

29,81[ Kg / Kmol ]

1515333,17[ KJ / Kmol ] 29,81[ Kg / Kmol ]

=

50828,96[ KJ / Kg ]

c-


@


η Caldero m& comb

=

=

CR m& comb * PCS Comb

0,118 * 10 6 [ Kcal ] h 0,7461 * 10775[ Kcal ] Kg

= 14,68[

Kg ] h

CR PCS Comb

η Caldero

=

η Caldero

=

0,121 10 0,165 ∗ 10 6

η Caldero

=

0,7454

η Caldero

=

74,5%

∗

6

d7

CRA = 30[ ppm] *

1[ gr / gal ] 17,1[ ppm]

CRA = 19660,32[ grano

* 4[

gal / h 1BHP

] * 140,61[ KW ] *

1[ BHP] 9,812[ KW ]

* 200[

h regen

] * 1,15 * (1 − 0,15)

regen]

+.- :e desea construir una caldera con un lu/o másico de vapor de (00Dg2%. a temperatura de alimentacin será de 1!BC) la presin manométrica de operacin ,Dg2cm(.6aciendo uso del paquete 9F;EC=>. >eterminar todos los parámetros de la caldera si se trata de combustible de metano.


D



$ 0

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