DISEÑO DE UNA CALDERA PIROTUBULAR DE VAPOR SATURADO HUMEDO
1
SISTEMAS ENERGETICOS
INDICE INTRODUCCIÓN:
4
ANTECEDENTES ANTECE DENTES: :
5
REALIDAD PROBLEMÁTICA:
6
OBJETIVOS:
7
OBJETIVO GENERALES:
7
OBJETIVO ESPECIFICOS:
7
DESARROLLO:
7
COMPONENTES DE UN GENERADOR DE VAPOR:
7
1. CLASIFICACIÓN DE LOS CALDEROS:
!" P#$ %! &'()#('*'+, &- %#( %/'&#(: 0" P#$ -% -*!,'(# -*!,'(# &- 2$!,('(' 2$!,('('+, +, &- *!%#$: *" P#$ -% 2')# &- *#0/(2'0%- -)%-!&# : &" P#$ %! )$-('+, &- 2$!0!3#: -" P#$ -% 2'$# 1.1 1.
C!%&-$!( P'$#2/0/%!$-(. C!%&-$#( A*/#2/0/%!$-(
1. 1.
PRES PR ESIÓN IÓN TEM TEMPE PERA RATU TURA RA DE TR TRAB ABAJ AJO O DE DE LAS LAS CA CALDE LDERA RAS S
1.4 1. 4
CRIT CR ITERI ERIOS OS PR PRÁC ÁCTI TICO COS S PAR PARA A LA LA SEL SELEC ECCI CIÓN ÓN DE CAL CALDE DERO ROS S
1.5 1. 5
TRAN TR ANSF SFER EREN ENCI CIA A DE DE CAL CALOR OR PO POR R CON CONVE VECC CCIÓ IÓN N
BALANCE TRMICO
17
.18" CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DE VAPOR DE LA CALDERA:
17
.8" CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR 9TIL PRODUCIDA POR LA CALDERA.
1
.8" CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR TOTAL EFICIENCIA DE LA CALDERA
.48" CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DE COMBUSTIBLE:
1
.58" CÁLCULOS EN EL ;UEMADOR DE LA CALDERA:
.5. . 5.1" 1" CÁ CÁLC LCUL ULO O DE DE LA LA CAN CANTI TIDA DAD D DE DE CAL CALOR OR DE DEL L COM COMBU BUST STIB IBLE LE: :
.5." CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR DEL AIRE:
.5." CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DEL AIRE:
.5. . 5.4" 4" CÁ CÁLC LCUL ULO O DEL DEL FL FLUJ UJO O MÁS MÁSIC ICO O DE DE GAS GASES ES DE CO COMB MBUS USTI TIÓN ÓN: :
.5.5" CÁLCULO DE LA RELACIÓN AIRE < COMBUSTIBLE:
2
SISTEMAS ENERGETICOS
.5.6" CÁLCULO DE LA VARIACIÓN DE TEMPERATURA DE GASES DE COMBUSTIÓN:
4
.5.7" DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE GASES DE CHIMENEA GASES DE COMBUSTIÓN: .68" CÁLCULOS EN EL INTERCAMBIADOR DE CALOR: .6.1" CÁLCULO DEL
∆ T m Real
5 5
:
6 .6." CÁLCULO DEL
K G :
7
.6." SELECCIÓN DEL MATERIAL DIÁMETRO DE LOS TUBOS DE CALDERA:
=
.6.5" CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE FLUJO >V " DEL AGUA: .6.6" CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE CONVECCIÓN E?TERNA
hc ( ¿ ¿ ext .) :
¿
.6.7" CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE CONVECCIÓN INTERNA
hc (¿ ¿ ∫ . ) : ¿
4
.7" CÁLCULO DE PRDIDAS DE CALOR:
4
.7.1" PRDIDAS POR CHIMENEA:
5
.7." PRDIDAS POR PURGAS:
6
.7." PRDIDAS POR RADIACIÓN@ CONVECCIÓN OTROS.
7
ANE?OS
3
SISTEMAS ENERGETICOS
INTRODUCCIÓN: El termino termino calderas calderas se aplica aplica
a un dispositivo para generar, generar,
vapor para fuerza, procesos industriales o calefacción o, agua caliente para calefacción o para uso en general. Por razones de sencillez de compresión, a la caldera se le considera como un productor de vapor en términos generales. Sin embargo muchas calderas diseñadas para vapor se pueden convertir en calderas de agua. Las calderas son diseñadas para transmitir el calor procedente de una fuente eterna !generalmente combustión de alg"n combustible#, a un fluido contenido dentro de la misma caldera. Si este fluido no es agua ni vapor, por e$emplo, %o&therm !nombre de marca registrada# o mercurio, a la unidad se le califica como vaporizador !generador de vapores# o como un calentador de l'(uidos térmicos. %e cual(uier car)cter (ue sea, este l'(uido debe de estar dentro del e(uipo con las debidas medidas de seguridad. El vapor,
o agua agua caliente, caliente, deben ser alimentados alimentados en las
condiciones deseadas, es decir de acuerdo con la presión, temperatura * calidad, * en cantidad (ue se re(uiera. Por razones de econom'a, el calor debe ser generado * suministrado con un m'nimo de pérdidas.
4
SISTEMAS ENERGETICOS
ANTECEDENTES: •
+esis: de la biblioteca de ingenier'a catalogo -tesis mec)nico eléctrico electrónico/ + 001 234 !autor: Sergio %avid 5eura 6a*oso 7004 89+#
•
+00127/calculo , diseño e instalaciones de un economizador para una caldera acuotubular de 7;00<=P !autor: >eléndez ?ern)ndez Eulalio @enci, año 700A 89S#
•
+00127/recuperación de eficiencia de una caldera pirotubular por incremento de la calidad del vapor mediante recalentamiento con gases de combustión !autor: Santill)n @omero, Bagner Coel# año 700,89+.
•
+00142;/estudio * an)lisis de los par)metros * energéticos * su comportamiento al ser estos variados, para la obtención de la geometr'a optimo de construcción de una caldera acuotubular con la creación de un soft&are de ingenier'a/ !Dguilar >edina, Binstón 700A89+# %e una caldera pirotubular !+001472#700289+. Libro manual de eficiencia energético de calderas industriales. Lima 007 9+E5FS9. Enciclopedia de mec)nica ingenier'a técnico tomo 1. >anual de ingeniero mec)nico >anual de ingeniero (u'mico !Ghon Perr*#
REALIDAD PROBLEMÁTICA:
5
SISTEMAS ENERGETICOS
=o* en nuestros d'as el diseño de todo tipos de caldera o por lo menos los m)s comunes, en nuestro pa's la fabricación es m'nimo * la ma*or parte se ad(uiere mediante importación de otros pa'ses los cuales han desarrollado * me$orado esta tecnolog'a, usando diferentes tipos de combustibles alternativos, eso para ser mas viable su comprar *a (ue ha* muchos combustibles alternativos * de acuerdo con la econom'a de (uien ad(uiere dicha ma(uina. En la industria peruana no se est)n fabricando esta ma(uinas * es por eso (ue tomamos como consideraciones el aprendiza$e * diseño de las caldera siendo prescindible en la industria * af'n con nuestra carrera dando ma*ores conocimientos * un me$or nivel de enseñanza en nuestra universidad. Ds' mismo esto no familiariza con la fabricación * el diseño *a (ue est) ligado a la ingenier'a.
OBJETIVOS: 6
SISTEMAS ENERGETICOS
OBJETIVO GENERALES:
•
%eterminar los c)lculos numéricos
del diseño de una
caldera de vapor saturado !Pirotubular#
OBJETIVO ESPECIFICOS:
•
5onocer el funcionamiento * par)metros del proceso.
•
%eterminar
•
%eterminar por medio de c)lculos n"mero de aletas.
•
%eterminar por medio de c)lculos los tipos de aislamiento
por medio de c)lculos la carga térmica.
térmico. •
=acer un an)lisis económico de costo de fabricación * de operación.
DESARROLLO: 7
SISTEMAS ENERGETICOS
COMPONENTES DE UN GENERADOR DE VAPOR: La unidad generadora se compone de un fogón !o c)mara de fuego#, en el (ue se (uemar) el combustible, as' como de la caldera propiamente dicha, en las unidades de tipo pa(uete, tanto como en las grandes centrales de fuerza, est)n comprendidos también los (uemadores de combustible, al igual los controles * accesorios similares. En la definición técnica escueta, se compone como caldera "nicamente el cuerpo (ue forma el recipiente * las superficies de calefacción por convección. 5on la aparición de las paredes enfriadas por el agua para el fogón, supercalentadores, calentadores de aire * economizadores, se creó el término generador de vapor/, para dar al e(uipo una denominación mas apropiada. 5uando el hogar o c)mara de fuego es autocontenido, la palabra caldera se sobrentiende (ue describe la unidad generadora de vapor en su con$unto. La capacidad de producción de calor !cantidad de vapor o agua caliente por hora#, depende de los siguientes factores: . grado de combustión de combustible en el fogón. 7. Etensión de las superficies de calefacción. 4. Proporción en la (ue se distribu*e la superficie, en )reas de calefacción primarias. !calor radiante# * secundarias !calefacción por convección#. 2. La circulación del vapor o del agua * la de los gases de la combustión. Para mantener la combustión, es necesario suministrar cierta cantidad de aire * remover los productos resultantes de dicha combustión, mediante el tiro. Si la acción del tiro natural !efecto de la chimenea# es insuficiente, se utiliza un ventilador !para tiro forzado, tiro inducido o la combinación de ambos#.
8
SISTEMAS ENERGETICOS
En las grandes unidades generadoras de vapor de las centrales termoeléctricas, el aire para
la combustión es
precalentado !en una calentador de aire# * el agua de alimentación es igualmente calentada en un economizador, por medio del calor residual de los gases de la combustión. Estos dispositivos me$oran la eficiencia general de la unidad. Si se desea sobre calentar el vapor por encima de la temperatura de saturación !(ue generalmente sólo se re(uiere para el impulso de turbinas#, se agrega a la caldera un supercalentador. ?recuentemente se vuelve a calentar el vapor !después del primer paso de la turbina#, mediante un recalentador %ispositivos de tubos antiespumante * otros mecanismos ! de monta$e interno#, eliminan gotas de agua contenidas en el vapor, para (ue este llegue completamente seco a la tobera. La salida de la caldea puede estar dotada de tapones roscados, o bien de grifos con bridas, otros orificios se destinada a la colocación de instrumentos, coneiones de agua de alimentación, drenes, purgas, orificios de registros * para otros propósitos por el estilo. 8n monta$e adecuando debe comprender una base, ménsulas de apo*o o tirantes colgantes de amarres.
. CLASIFICACIÓN DE LOS CALDEROS Los calderos se clasifican seg"n diferentes criterios relacionados con la disposición de los fluidos * su circulación, el mecanismo de transmisión de calor dominante, el tipo de combustible empleado, la presión de traba$o, el tiro, el modo de operación * par)metros eteriores al caldero ligados a la implantación, * ubicación, lugar de monta$e * aspectos estructurales. 9
SISTEMAS ENERGETICOS
Para el efecto de nuestro estudio, solo nos fi$aremos en los criterios (ue tengan alguna relación con la energ'a. %e acuerdo
con ello, clasificaremos los calderos seg"n los
criterios siguientes:
!" P#$ %! &'()#('*'+, &- %#( %/'&#(: •
%e tubos de agua !acuotubulares#
•
%e tubos de humo !pirotubulares#.
P#$ *'$*/%!*'+, &- !/!: •
%e circulación natural
•
%e circulación asistida
•
%e circulación forzada.
0" P#$ -% -*!,'(# &- 2$!,('('+, &- *!%#$: •
%e convección.
•
%e radiación
•
%e radiación * colección
*" P#$ -% 2')# &- *#0/(2'0%- -)%-!&# : •
%e carbón mineral !parrilla o carbón pulverizado#
•
%e combustible l'(uidos
•
%e combustible gaseoso
•
%e combustible especial !leña, bagazo, etc# •
%e recuperación de calor de gases !con o sin combustión de
•
>itos.
•
9ucleares.
apo*o#.
&" P#$ %! )$-('+, &- 2$!0!3#: S/0*$2'*!(. •
%e ba$a presión p H 70 IgFcm7.
•
%e media presión 12 J p J 70 Ig.Fcm7
10
SISTEMAS ENERGETICOS •
%e alta presión p J 12 IgFcm7
S/)-$*$2'*!(. -" P#$ -% 2'$# •
%e tiro natural
•
%e tiro forzado
•
%e tiro inducido.
.1
C!%&-$!( P'$#2/0/%!$-(. En este tipo de calderos,
los gases calientes flu*en
por el interior de tubos (ue son sumergidos en agua dentro de un casco.
Las presiones operativas de
diseño son próimas a A0 psi * sus capacidades var'an entre 0 * K00 <=P, e(uivalentes a producciones de vapor de 42A * 73100 lbFhr de vapor aproimadamente. Este
tipo de caldero es el m)s popular
*
es usado
en la ma*or'a de pe(ueñas plantas industriales. Las venta$as de los calderos pirotubulares son: @e(uieren ba$o costo de inversión * son menos costosos (ue los acuotubulares. Dlcanzan elevadas eficiencias !J K0#. Pueden absorber grandes * s"bitas fluctuaciones de carga con ligeras variaciones de presión debido al gran volumen de agua contenido en el casco. Pueden operar inmediatamente después de ser instalado en planta
.
C!%&-$#( A*/#2/0/%!$-( El agua flu*e a través de los tubos (ue son rodeados por gases calientes de combustión en el interior de un casco. 8sualmente, su capacidad se epresa en libras de vapor por hora * var'a en un rango entre 7000 lbFh a 0 000 000 lbFh de producción de vapor. Mtras caracter'sticas son las siguientes:
11
SISTEMAS ENERGETICOS
Se emplean para producir vapor de ma*ores niveles de presión (ue los pirotubulares. @e(uieren m)s instrumentación * ma*ores controles (ue los pirotubulares. Son construidos * clasificados como D, %, M una de otras varias configuraciones, de acuerdo a sus arreglos de tubos * domos !el domo de vapor est) en la parte superior * el !los# domo !S# de agua cerca del fondo.
TABLA 1.
EFICIENCIA DE CALDEROS
C#0/(2'0%-
P'$#2/0/%!$
A*/#2/0/%!$
>1 )"
>56 )"
6as natural
K,7
3K,A
%iesel 7
K2,3
;,0
@esidual 1
KA,0
K,2
La 2!0%! 1 compara las eficiencias de los calderos pirotubulares * acuotubulares, en función del combustible utilizado. 12
SISTEMAS ENERGETICOS
.
PRESIÓN TEMPERATURA DE TRABAJO DE LAS CALDERAS
%esde el punto de vista de la elección de la presión m)s conveniente para un caldero, podemos clasificar a éstos en tres grandes grupos: 5alderos destinados a suministrar vapor saturado para procesos
de calefacción.
6eneradores turbinas
de
vapor
recalentado para
alimentar
a contrapresión * aprovechar el vapor de salida,
después de saturado, para procesos de calefacción. 6eneradores de vapor recalentado para la producción de energ'a eléctrica en turbinas de condensación. La elección de la presión del primer grupo es inmediata. 5omo agente de la calefacción se utiliza vapor saturado, *a (ue el vapor recalentado
tiene las propiedades de un gas *
su coeficiente de transmisión de calor es mu* pe(ueño. Puesto (ue un buen intercambiador de calor mantiene caliente un fluido a una temperatura aproimada de 0N 5 a AN 5 por
deba$o de la temperatura del vapor calefactor,
partiendo de la temperatura necesaria en el fluido a calentar se deducir) la temperatura re(uerida en el vapor a la salida del caldero, tomando en cuenta las pérdidas de calor en el transporte. Por medio de las tablas Presión temperatura, se determina la presión a la cual se tendr) (ue producir el vapor saturado, para fluidos
porta
calóricos * aceites térmicos.
.4
CRITERIOS PRÁCTICOS PARA LA SELECCIÓN DE CALDEROS
La gran variedad de tipos de calderos eistentes * m"ltiples posibilidades
de
conformación
de
los
e(uipos
(ue integran un sistema de generación de vapor podr'an hacer parecer como algo mu* comple$o la selección de un determinado caldero para atender un re(uerimiento
13
SISTEMAS ENERGETICOS
industrial de vapor, agua caliente o calentamiento de fluidos térmicos. En el caso de calderos pirotubulares, la selección de e(uipos de uno, dos, tres o cuatro pasos obedece a criterios técnicos * económicos. >ientras ma*or sea el n"mero de pasos se conseguir) ma*ores eficiencias, pero los e(uipos ser)n m)s caros. En el caso de calderas acuotubulares, hasta cierta capacidad podr) ser tipo pa(uete, pero a partir de cierto l'mite, variable para cada caso, resultar)
conveniente
montarlos en planta. La decisión respecto a la instalación de economizadores * recuperadores de calor obedece igualmente a criterios de factibilidad técnica * conveniencia económica, en función de la capacidad de producción de vapor de los calderos * sus presiones de operación (ue conviene establecer, para evitar confusiones, en la pr)ctica industrial se llama economizador al sistema (ue permite aprovechar el calor de los gases de cu*a función es la de
.5
precalentar el aire para la
combustión.
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
El calor puede transferirse de una sustancia a otra por el proceso f'sico de mezclar una sustancia caliente con otra fr'a.
5uando se transfiere calor en esta forma, el proceso
se conoce como convección.
Sin embargo, pr)cticamente en
todos los casos una cierta cantidad de calor se transfiere simult)neamente por conducción aun(ue la transferencia de calor sea por convección.
Puesto (ue no es pr)ctico
diferenciar entre convección * conducción cuando ambas se presentan en el mismo punto, se ha establecido un procedimiento simplificado (ue toma en cuenta ambos tipos de transferencia. Este sistema utiliza el concepto de coeficiente de transferencia de calor de una pel'cula.
C#-'*'-,2- &- )-%*/%! 14
SISTEMAS ENERGETICOS
5uando un fluido flu*e m)s all) de una superficie estacionaria, se postula (ue eiste una pel'cula delgada del fluido entre el fluido (ue flu*e * la superficie estacionaria.
Se supone (ue toda la resistencia a la
transmisión del calor entre el fluido (ue flu*e * la pared (ue lo contiene se debe a la pel'cula sobre la superficie estacionaria. El perfil de temperatura est) por lo tanto divido en cinco regiones.
R-'+, A . =a* una transferencia de calor por convección debida al movimiento de los elementos del fluido.
R-'+, B . Esta región comprende a la pel'cula del fluido donde la velocidad es tan lenta (ue no ha* transferencia por convección.
En consecuencia, la transferencia de calor
en esta región es por conducción.
R-'+, C. Esta región est) compuesta por el material sólido de la pared del tubo a través del cual se transfiere calor por conducción.
R-'#,-( D E. Estas regiones en el fluido m)s fr'o corresponden a < * D respectivamente, para el fluido dentro del tubo. Dl estudiar el perfil de temperatura se puede ver (ue los cambios m)s pronunciados en temperatura se presentan en las dos regiones de las pel'culas. Esto se debe a (ue la conducción en esta zona hace (ue la transferencia de calor sea lenta. Los problemas de transferencia de calor como éste se resuelve aplicando coeficientes individuales de transferencia de calor a las dos corrientes de fluido.
Los
coeficientes separados se combinan con la resistencia de la pared para obtener un coeficiente general de resistencia.
CALDERA PIROTUBULAR
15
SISTEMAS ENERGETICOS
BALANCE TRMICO
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SISTEMAS ENERGETICOS
D continuación mostraremos el es(uema (ue ser) de estudio * an)lisis para el diseño de una 5aldera Pirotubular de Oapor Saturado ="medo con todos sus par)metros: Luego comenzaremos a hacer los c)lculos respectivos para el %iseño de la 5aldera Pirotubular:
.18" CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DE VAPOR DE LA CALDERA: !" 5omo datos re(ueridos para el diseño tenemos:
LaCaldera es de 100 BHP;P SALIDA =5 y¯ X =0.97 CALDERA
%onde: 100 BHP
La Potencia de la 5aldera Pirotubular.
* En Anexos se muest! "!s #$mens$ones %!! un! C!"#e! &$otu'u"! #e 100 ()& 5 Bar
La Presión >anométrica de salida de la 5aldera. 17
SISTEMAS ENERGETICOS 0.97
La 5alidad del Oapor producido por la 5aldera
⇒ Por !rm"late!r#ca sa$emos %"e : h =h + x ( h&− h ) do'de :
h Entalp'a Espec'fica para una calidad determinada
( ) K( K&
( ) K( K&
h Entalp'a del L'(uido Saturado x 5alidad del vapor
h& Entalp'a del Oapor Saturado Seco
( ) K( K&
%e acuerdo a la tabla en aneos, colocamos los valores para las Entalp'as: 6
¯¿=
(
2693.57
K( K&
)
⇒ h¿
0" Luego cambiamos de unidades el
¿ 9.5 ¯ h¿
de I$FIg a
( )
Bt" K( L$ Bt" ¿ = 2693.57 =1158.24 6¯ 0.43 K& K( L$ K& ⇒ h¿
(
)
*" D continuación hallamos el
h A&"a a AAQ5. Para esto
necesitaremos el 5alor Espec'fico !5p# del Dgua a AAQ5 * lo calculamos por medio de +abla:
T ( ℃ )
C) ( K( / K& *
AA
(
⇒ h A&"a =( C) ) ( T )= 4.19075
2.K
)
K( ( 55 ℃ )=230.065 K( K& ℃ K&
&" Luego cambiamos de unidades el
h A&"a de I$FIg a
18
SISTEMAS ENERGETICOS
⇒ h A&"a = 230.065
K( K&
( ) 0.43
Bt" L$ Bt" = 98.93 K( L$ K&
-" Dhora con estos datos procedemos a traba$ar con la Potencia de la 5aldera de 400 <=P para hallar el flu$o m)sico
de vapor total a evaporar
m (¿ ¿+a)or ) , aplicando la siguiente ´¿ ¿
fórmula:
m ¿ −h A&"a 6¯ Bt" h¿ L$ ¿ L$ (¿ ¿+a)or ) ¿ h ´¿ ¿ BHP=¿
´ Bt" (¿ ¿+a)or )( 1158.24 −98.93 ) L$ L$ Bt" 34.5 970.30 h L$
(
)(
)
m
(
´ +a)or= 3160.109 ⇒m
)
L$ K& =0.398 h s
¿
⇒ 100 BHP =¿
Siendo
34.5
L$ h
el flu$o unitario de vapor *
970.30
Bt" L$
es el calor latente de vaporización.
.8" CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR 9TIL PRODUCIDA POR LA CALDERA !" Para esto procedemos a emplear la fórmula de 5antidad de 5alor +otal aprendida en clase, de la cual despe$amos el
,-t#l de la 5aldera: 19
SISTEMAS ENERGETICOS
,T =,G . C . =( ,Com$. ) + ( , A#re) =
, -t#l donde: ' K( ( K& )
,T 5antidad de 5alor +otal de la 5aldera.
K( ( K& )
,G . C . 5antidad de 5alor de 6ases de 5ombustión.
( ) K( K&
,Com$. 5antidad de 5alor del 5ombustible , A#re 5antidad de 5alor del Dire.
( ) K( K&
,-t#l 5antidad de 5alor Rtil de la 5aldera.
K( ( K& )
' Eficiencia de la 5aldera.
,-t#l de la 5aldera * lo
0" Entonces despe$amos el
¿ −h A&"a 6¯ reemplazamos por la fórmula:
(
⇒ ,-t#l = 0.398
)(
K& s
h¿ ,-t#l=( ´m+a)or ) ¿
2693.57
)
K( − 230.065 K( = 980.48 K K& K&
.8" CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR TOTAL EFICIENCIA DE LA CALDERA !" Para esto, seg"n investigaciones hechas, encontramos una
Eficiencia
de
5aldera
recomendada
seg"n
el
tipo
de
5ombustible a utilizar de la +esis: “INCREMENTO DE LA CALIDAD DEL VAPOR GENERADO POR RECALENTAMIENTO CON GASES DE COMBUSTIÓN DE UNA CALDERA PIROTUBULAR VERTICAL A CARBÓN”, la
cual
utilizaremos
para
hacer
nuestros c)lculos de balance térmico:
TABLA Nº1
COMBUSTIBLE Carbón Petróleo Re!"#al Petróleo D!eel a Nat#ral
EFICIENCIA RECOMENDADA (%) 75 $5 $5 &'
20
SISTEMAS ENERGETICOS
Entonces, del cuadro mostrado, tomaremos una Eficiencia del KA para nuestra 5aldera, *a (ue esta utilizar) como combustible el Petróleo @esidual. Dhora, con la fórmula teórica de Eficiencia podemos hallar el +otal:
'Caldera=
,-t#l , Total
⇒ , Total =
,-t#l 980.48 K = =1153.50 K ' 0.85
Caldera
0" D continuación, de lo aprendido en +ermodin)mica, mostraremos el diagrama +emperaturaEntrop'a !+s# de nuestro sistema:
21
SISTEMAS ENERGETICOS
.48" CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DE COMBUSTIBLE: Dhora comenzamos a calcular el ?lu$o m)sico del combustible
( ´mCom$.) , para esto necesitamos la %ensidad del
combustible !ρ#, seg"n aneos tenemos las densidades del %7:
´ Com$. =( C . E ) ⇒m
( /.Com$. )=
(
3 4.5
Gal. h
)(
2.983
K& Gal.
)(
1h
)
=0. 028587 K& s 3600 s
.58" CÁLCULOS EN EL ;UEMADOR DE LA CALDERA: !" 5omo dato teórico tenemos nuestra fórmula:
,Total=, Com$. + , A#re=( ´mCom$. ) ( P . C . I +C).T ) + ( ´m A#re) ( C) 0 ) ( T E't . ) %onde:
m´ Com$. ?lu$o m)sico del 5ombustible !IgFs# P .C . I Poder 5alor'fico nferior del 5ombustible !I$FIg# C) 5alor Espec'fico del 5ombustible !I$FIgQ5#
T +emperatura del 5ombustible !Q5#
´ A#re ?lu$o m)sico del Dire !IgFs# m C)0 5alor Espec'fico del Dire !I$FIgQ5#
T E't . +emperatura de Entrada de Dire !Q5# 0"
Entonces, seg"n los datos tenemos los siguientes
datos:
¿ ¿ C)Com$.= 4.20
K( K& ℃
¿ ¿ PCI =39765
K( K&
¿ ¿ T e'tra. =20 1 C Com$.
¿ ¿ T E't .= 20 ℃ A#re
22
SISTEMAS ENERGETICOS
Dhora, con estos datos de aneos * los c)lculos hechos de los flu$os m)sicos, procederemos hacer los siguientes c)lculos:
.5.1" CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR DEL COMBUSTIBLE:
,Com$. =( ´mCom$. ) ( P .C . I + C).T . )
¿=1139.16 K
(
⇒ ,Com$. = 0.02 8587
)
K& ¿ s
.5." CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR DEL AIRE:
, A#re=,Total −,Com$. ⇒ , A#re =1153.50 K −1139.16 K =14.34 K
.5." CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DEL AIRE: Dhora, con la fórmula del el
m´ A#re ,
, A#re=( ´m A#re) ( C)0 ) ( T E't . ) , calculamos
pero para esto necesitamos saber primero el
C)
del Dire a 70Q5, de lo cual etraeremos datos de las propiedades del aire:
´ A#re= ⇒m
, A#re
( C) 0 ) ( T E'trada ) A#re
=
(
14.34 K
1.0065
)
K( (2 0 ℃ ) K& ℃
=0.7122
K& s
23
SISTEMAS ENERGETICOS
.5.4" CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DE GASES DE COMBUSTIÓN: Para hallar el ?lu$o >)sico de los 6ases de 5ombustión
( ´mG . C . ) aplicamos la siguiente fórmula aprendida en clase: K& K& K& ´ A#re=0.02 8587 + 0.7122 =0.740787 m´ G . C . =m´ Com$. + m s s s .5.5" CÁLCULO DE LA RELACIÓN AIRE < COMBUSTIBLE: Para hacer esta relación, lo calculamos con los flu$os m)sicos de ambos par)metros, aplicando la siguiente fórmula:
r A −C =
m´ A#re ´ Com$. m
%onde:
r A −C @elación aire - combustible K& s =2 4.91 ⇒ r A − C = K& 0.0 28587 s 0.7122
Entonces, la @elación Dire - 5ombustible es 72.;: . Esto (uiere decir (ue para la combustión se necesita 72.;
IgFs de
aire para (uemar IgFs de combustible.
24
SISTEMAS ENERGETICOS
DIMENSIONAMIENTO DE ABLANDADORES DE AGUA.
.5.6" CÁLCULO DE LA VARIACIÓN DE TEMPERATURA DE GASES DE COMBUSTIÓN: !" %e la teor'a tenemos (ue el despe$amos
,Total=, G . C . . Entonces
∆ T G . C . !Oariación de +emperatura# de la fórmula del
,G . C . =( ´m G . C . ) ( C) ) ( ∆ T G . C . ) * agregamos el gases de combustión
C)=1.403
K( m℃ 3
para los
en el (uemador al 00 del combustible @
1.
0" Pero como el C) est) en unidades de
K( , entonces m℃ 3
convertimos los ?lu$os m)sicos del 5ombustible * del Dire de
25
SISTEMAS ENERGETICOS
K& s
3
m s
a ?lu$os volumétricos
utilizando las siguientes
densidades:
¿ ¿ /m.Com$.=945.45 ¿ ¿ / A#re=1.1915
K& aTem)erat"ramed#ade 72.5 ℃ m 3
K& a Tem)erat"ra de 24 ℃ m 3
K& m´ Com$. s m = = 8.8 x 10− ⇒ ´2Com$.= /m.Com$ . K& s 945.45 m 0.0832
3
5
3
K& m´ A#re s m 3 = =2.08 ⇒ ´2 A#re = / A#re K& s 1.1915 3 m 2.478
*" Entonces, sumamos ambos flu$os para obtener el ?lu$o Oolumétrico de los 6ases de 5ombustión ! 2´ G . C . #: 3
−5
2´ G . C .= 8.8 x 10
3
m m m + 2.08 =2.080088 s s s
3
&" Dhora, con los datos obtenidos, reemplazamos en la siguiente fórmula * hallamos la ∆ T G . C . =
,G . C .
( 2´ G . C .) ( C) )
=
(
∆ T G . C . :
3474.55 K 3
m 2.080088 s
)(
1.403
K( 3
m ℃
)
= 1190.58 ℃
.5.7" DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE GASES DE CHIMENEA GASES DE COMBUSTIÓN: Para determinar la +emperatura de 6ases de 5himenea nos basamos en la tesis de “INCREMENTO DE LA CALIDAD DEL VAPOR
GENERADO POR RECALENTAMIENTO CON GASES DE COMBUSTIÓN DE UNA CALDERA PIROTUBULAR VERTICAL A CARBÓN”,
la cual nos dice
(ue la temperatura ideal tiene (ue estar en el rango de K0 a 26
SISTEMAS ENERGETICOS
7K0 Q5, entonces tomaremos un valor promedio de 8C por ser el @1 un combustible mu* pesado. Entonces la temperatura de gases de combustión es: ⇒ T G.C. =∆ T G . C . + T CH . =1190.58 ℃ + 230 ℃ =1420.58 ℃
.68" CÁLCULOS EN EL INTERCAMBIADOR DE CALOR: Para esto tenemos un ntercambiador de 5alor en 5ontracorriente con 4 pasos en la caldera, * aplicaremos la ?órmula del total para hallar sus par)metros:
(
,Total=( K G ) ( S I .C . ) ∆ T m
Real
)
%onde:
K G 5oeficiente de +ransferencia 6lobal de 5alor. !BFm7QI# S I . C . Superficie Lateral del ntercambiador de 5alor. !m7# ∆ T m Real
Oariación media Logar'tmica @eal de +emperatura. !QI#
Dhora, de estos 4 par)metros, conocemos la Superficie de 5alentamiento o del ntercambiador de 5alor seg"n las especificaciones técnicas para una caldera de 400 <=P, la cual nos dice (ue: 2
S I . C .=1500 )#e =139.3545 m
2
Entonces, procederemos a calcular los siguientes par)metros (ue faltan:
.6.1" CÁLCULO DEL
∆ T m Real
:
!" Mbtenidas las temperaturas de los 6ases de 5ombustión * del vapor, procedemos a hacer nuestro diagrama de temperatura para ntercambiador en 5ontracorriente:
27
SISTEMAS ENERGETICOS
∆ T m
0" Dhora aplicamos la fórmula del
Real
:
∆ T m = (ϵ ) ( ∆ T m ) Real
%onde: ?actor de 5orrección de +emperatura.
ϵ
∆ T m Oariación media Logar'tmica de +emperatura. !QI# *" Entonces calculamos primero el ?actor de 5orrección
(ϵ ) , lo hacemos mediante un diagrama de ?actor de 5orrección para ntercambiadores de 8n cuerpo * +res pasos !4#, conociendo primero los valores de T * P:
3 =
T −T T 0 −T 0 P= T 0 −T 0 T −T 0 1 2
2
2
1
1
1
1
%onde:
T +emperatura de Entrada de los 6ases de 5ombustión. 1
T +emperatura de 6ases de 5himenea 2
T 0 +emperatura de Dgua 1
T 0 +emperatura de saturación del Oapor. 2
⇒ 3 =
177.67 ℃−75 ℃ −230 ℃ =11.6 y P= = 0.07 177.67 ℃ −75 ℃ 1420.58 ℃−75 ℃
1420.58 ℃
%e acuerdo al diagrama, obtenemos un valor aproimado del ?actor de 5orrección ( ϵ ) en función a T * P:
&" Luego calculamos el
ϵ = 0.99
∆ T m tomando los datos del
diagrama de las temperaturas: 28
SISTEMAS ENERGETICOS
∆ T m=
∆ T m4x. −∆ T m5'. 1242.91 * K −155 * K = =522.58 * K ∆ T m4x . 1242.91 * K ln ln 155 * K ∆ T m5'.
(
(
)
)
∆ T m
-" Dhora hallamos el
:
Real
∆ T m = ( 0.99 ) ( 522.58 * K )=517.35 * K Real
.6." CÁLCULO DEL
K G :
!" 5onocido la Superficie del ntercambiador de 5alor !
S I . C . #
∆ T m
* el
Real
despe$amos el
K G
, reemplazamos en la fórmula del
,Total *
:
S
( 3474.55 ) ( 10 ) (¿¿ I . C . ) ∆ T m = = 48.2 ( 139.3545 m ) (517.35 * K ) m * K Real , K G = Total ¿ 3
(
)
2
2
Entonces, seg"n investigaciones hechas, vemos (ue este valor se mantiene dentro del rango establecido para tuber'as circulares, como nos muestra la siguiente tabla:
(Tabla de coeficientes totales típicos para diseño)
29
SISTEMAS ENERGETICOS
0" Dhora, de lo aprendido en teor'a, tenemos (ue el: K G=
1 1
+
1
+ 6
hc∫ . hc ext. 7 T"$ .
%onde:
hc∫ . 5oeficiente de 5onvección nterna del gas de combustión hacia la pared interna de la tuber'a.
hc ext . 5oeficiente de 5onvección Eterna de la pared eterna de la tuber'a hacia el vapor.
6 Espesor de la +uber'a 7 T"$. 5oeficiente de conductividad térmica de la tuber'a. Pero esta fórmula es solo para paredes planas, sin embargo, si se utiliza tubos cil'ndricos para la transferencia de calor, entonces la fórmula del
K G=
K G ser'a:
1
( ) ( ) ( )( ) ( ) 1
hc∫ .
Dext. Dext. + 6 + 1 D ∫ . 7 T"$. Dm hc ext.
%onde:
Dext. %i)metro eterior del tubo !m# D∫ . %i)metro interior del tubo !m# D m %i)metro medio del tubo !m# U# Para tubos con espesor de hasta 4FK de pulgada
D m=
( D ext.+ D∫ . ) 2
U# Para tubos con espesores ma*ores de 4FK de pulgada
Dext . − D∫ . D m= Dext . ln D∫ .
( )
En esta fórmula del
K G
no se tiene en cuenta los
factores de ensuciamiento. Entonces, nuestro siguiente paso ser) calcular los 5oeficientes de 5onvección, pero para eso necesitaremos hallar otros par)metros (ue influ*en en el c)lculo de los coeficientes de convección: 30
SISTEMAS ENERGETICOS
.6." SELECCIÓN DEL MATERIAL DIÁMETRO DE LOS TUBOS DE CALDERA: En este caso, utilizaremos tubos sin costura de acero inoidable seg"n 9orma ASTM
A 192 ,
(ue es eclusivamente para
calderas pirotubulares de alta presión. Seg"n informaciones técnicas * de acuerdo a la potencia de la caldera !400 <=P#, utilizaremos un tubo con di)metro nominal de 2 pulg. Para esto, la tabla de la 9orma DS+> D ;7 nos indica usar las siguientes dimensiones:
DIÁMETRO
DIÁMETRO
DIÁMETRO
NOMINAL
E?TERIOR
INTERIOR
ESPESOR
PESO
Pulg.
mm.
mm.
mm.
IgFm
4
11.6
.6=
.6
.5
.6.4" CÁLCULO DEL N8 DE TUBOS: 5onociendo la Superficie de 5alentamiento o del ntercambiador de 5alor, haremos el c)lculo del n"mero de tubos. Para esto, necesitaremos conocer la longitud del tubo para hacer el c)lculo. Dhora, de las dimensiones de la caldera con 4 pasos (ue se muestra en aneos, tenemos (ue ha* 7 longitudes de tubo:
Lt − =150 )"l&. =3.81 m .8 Lo'&#t"d del t"$o )ara el 3 * )aso 1
Lt − =134 / )"l&.=3.42 m .8 Lo'&#t"d del t"$o )ara el 2 * )aso 3 4
2
Entonces, aplicando la fórmula del Vrea de 5alentamiento, tenemos:
31
SISTEMAS ENERGETICOS L L
(¿ ¿ t − 2)( ' ) (¿¿ t −1 ) ( ' )+ ( 9 ) ( D∫ . ) ¿
(
)
S I . C. =( 9 ) D∫ . ¿
%onde:
D∫ . %i)metro interno del tubo !m.# ' 9"mero de tubos 2
139.3545 m
=( 9 ) ( 0.09368 m ) ( 3.81 m) ( ' ) + ( 9 ) ( 0.09368 m ) ( 3.42 m )( ' )
' =65.49 : 66 t"$os Entonces, se necesitar) 11 tubos para el 7Q paso * 11 tubos para el 4Q paso. E, 2#2!% 1 2/0#( .
.6.5" CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE FLUJO >V " DEL AGUA: !" Primero, calcularemos el Vrea de paso por donde fluir) el agua a través de los tubos * el fogón. Entonces nos guiaremos de las dimensiones del dibu$o * calcularemos sus )reas:
32
SISTEMAS ENERGETICOS PARTE FRONTAL DE LA CALDERA
A-2 21 pulg.
A-1 84 pulg.
A-3 34 pulg.
1º PASO 2º PASO 3º PASO
%onde: D Es el )rea interna de la caldera a calcular. D7 Es el )rea del vapor W A cm. a calcular. D4 Es el )rea eterna del fogón a calcular. D2 Es el )rea eterna total de los tubos a calcular. Entonces, el Vrea de Paso ! A P # ser) calculada con la siguiente fórmula:
A P= A −( A + A + A ) 1
2
3
4
5alculando el )rea de la caldera con
D =84 )"l& .=2.1336 m .
tenemos: 2
9 D 9 ( 2.1336 m) = =3.575 m A = 2
1
4
2
4
33
L
SISTEMAS ENERGETICOS
5alculando el )rea del vapor con
L=21 )"l& . + 15 cm. =0.6834 m tenemos: 2
2
9 r ; r − ( se'; ) A = 360 * 2 2
%onde:
r @adio interno de la caldera 27 pulg. .011K m. ; Vngulo del sector circular
L Dltura de la X fila de tubos 0.1K42 m.
r–L
⇒ cos < =
= 0.3834 m.
r
α
0.3834 m 1.0668 m
< = 68.93 *
⇒ ; =2 ( < )=2 ( 68.93 * )=137.87 *
Dhora, reemplazamos en la fórmula de D7: 2
2
9 ( 1.0668 m ) (137.87 * ) ( 1.0668 m ) − ( se' 137.87 * )=0.9875 m A = 360 * 2
2
2
r
5alculando el )rea eterna del fogón con
D=34 )"l& .=0.8636 m . tenemos: 2 9 D 2 9 ( 0.8636 m) A 3= = =0.5857 m 2
4
4
5alculando el )rea eterna total de los 47 tubos con
( ')
D = 4 )"l&.= 0.1016 m. tenemos:
A =
9D
4
4
2
(')=
9 ( 0.1016 m )
2 2
( 132 )=1.0702 m
4
Dhora reemplazamos en la fórmula del Vrea de Paso ! A P # * obtenemos: 2
2
2
2
A P=( 3.575 m )−( 0.9875 m + 0.5857 m + 1.0702 m ) A P=0.9316 m
2
0" D continuación, hallaremos el caudal del agua !m4Fs# con la siguiente fórmula: 34
SISTEMAS ENERGETICOS
´ m 2´ = / m %onde:
2´ 5audal del agua !m4Fs#
m´ ?lu$o m)sico del agua ?lu$o m)sico del vapor .74 IgFs
/m %ensidad media del agua a una ⇒ T m=
T A&"a + T +a)or 2
= 75
℃ + 177.67 ℃ 2
T m !Q5#
=126.33 ℃
I'ter)ola'dode ta$la te'emos : /m=937.7
K& m 3
K& 3 s − 3 m =1.31 x 10 ⇒ ´2 = K& s 937.7 m3 1.23
*" Dhora, con este dato, podemos hallar la velocidad de flu$o del agua !mFs# con la siguiente fórmula: −3
2´ + = = A P
1.31 x 10
0.9316 m
m s 2
3
=0.0014 m s
.6.6" CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE CONVECCIÓN E?TERNA
hc (¿¿ ext .) : ¿ !" Primero, calcularemos el n"mero de @e*nolds con la siguiente fórmula:
ℜ=
( + ) ( D ) =
%onde:
+ Oelocidad de flu$o del agua !mFs# D %i)metro eterior del tubo !m# = Oiscosidad cinem)tica del agua !m7Fs#
35
SISTEMAS ENERGETICOS
Para esto, necesitaremos calcular algunas propiedades térmicas del agua haciendo la interpolación a +emperatura
T m=126.33 ℃ :
media
P@MPE%D%ES %EL D68D +emperatura
5onductividad
Oisc. 5inem).
9Q de Prandt
>edia Q5
+érmica Y/ !BFmQ5#
v/.01 !m7Fs#
Pr
16.
.6=56
.65
1.=
⇒ ℜ=
(
)
m (0.1016 m ) s = 601.44 m − 0.2365 x 10 s
0.0014
2
6
0" 5omo el c)lculo del coeficiente de convección se realiza en el tubo eterior, calcularemos el 9Q de 9usselt con la siguiente fórmula teórica:
>" =( C ) ( ℜm ) ( Pr ' ) ALORES DE C * SE+N EL N, DE RE-NOLDS
%onde:
' 0.41 en tubo eterior
C ? m son valores
Re 1 - 40 40 – 10 3 103 – 2x10 5 2x105 - 106
C 0.75 0.51 0.26 0.076
m 0.40 0.50 0.60 0.70
obtenidos de tabla
(
⇒ >" =( 0.51 ) 601.44
0.5
)( 1.38 )=14.04 0.36
*" Dhora, con este dato, calcularemos el 5oeficiente de convección interna:
hc ext.=
( >" ) ( 7 ) D
(14.04 ) ( 0.6856 ) =
m℃
0.1016 m
= 94.74 2
m ℃
36
SISTEMAS ENERGETICOS
.6.7" CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE CONVECCIÓN INTERNA
hc (¿¿ ∫ . ) : ¿ Sabiendo (ue el 5oeficiente global de transferencia de
K G= 48.2
calor es
, * habiendo calculado el coeficiente m * K 2
de convección eterna, reemplazamos estos datos en la fórmula del
K G para obtener el 5oeficiente de convección interna. Dhora, por especificaciones técnicas del material del tubo
DS+> D ;7, tenemos los siguientes datos:
6 =0.00396 m 7 =21.98
Kcal =25.56 h.m. ℃ m℃
%onde:
6 Espesor del tubo !m# 7 5onductividad térmica de la tuber'a obtenida a temperatura media de los gases de combustión !&FmQ5# ⇒ K G =48.2
= m * K
hc∫ . =108.12
2
1
( )( 1
0.1016 m
hc∫ .
0.09368 m
)( +
0.00396 m
25.56 m℃
()
0.1016 m 0.09764 m
)
+
(
1 94.74
m
2
℃
)
m
2
℃
.7" CÁLCULO DE PRDIDAS DE CALOR: Las pérdidas de calor (ue se generan en el funcionamiento de una caldera son: D# Pérdidas en chimeneas. <# Pérdidas por radiación, convección * contacto de la caldera con su retorno. 5# Pérdidas por purga
37
SISTEMAS ENERGETICOS
Para calcular las pérdidas de calor se puede hacer de 7 maneras: por el método directo o por el método indirecto. Entonces, la pérdida de calor por el método directo es de la siguiente manera: , Perd#do =( ,Total )( 1−'Caldera )=( 3474.55 K ) ( 1−0.85 )= 521.182 K Caldera
Por el método indirecto, las pérdidas ser'an:
.7.1" PRDIDAS POR CHIMENEA: Las pérdidas (ue se generan en la combustión * (ue salen a través de la chimenea son dos:
PC.S . Pérdidas por calor sensible. PG . I . Pérdidas de calor por gases in(uemados. !" Dhora calcularemos las pérdidas de calor sensible con la fórmula de Siegert:
PC.S .=( K )
(
)
T CH . −T a e' C@ 2
%onde:
T CH . +emperatura de gases de chimenea 7K0Q5 T a +emperatura de medio ambiente 72Q5 C@ 5ontenido del gas 2
C@ en !# 2
K 5onstante adimensional. En este caso, seg"n fuentes, para el petróleo residual ser'a: K = 0.516 +(0.0067 )( C@ 2)
La composición de gases para el residual 1, lo hemos tomado de la tesis “ANÁLISIS COMPARATIVO DEL USO DE PETROLEO
RESIDUAL Nº6 Y GAS NATURAL COMO COMBUSTIBLE EN CALDERAS ACUOTUBULARES”
el cual nos muestra una tabla de porcenta$es
de los gases de combustión del @1Z donde el porcenta$e de
C@ es 7.K * 2
C@ es 0.A;
38
SISTEMAS ENERGETICOS
Entonces con este valor hallamos la constante adimensional I/ * las pérdidas de calor por chimenea: ⇒ K = 0.516 + ( 0.0067 ) ( 12.8 )= 0.60176
PC.S .=( 0.60176 )
(
280 ℃ −24 ℃ 12.8
)=
12.03
0" D continuación calcularemos las pérdidas de calor por gases in(uemados con la siguiente fórmula:
K
(
(¿¿ 1 )
( + C . ) ( 3020 ) (C@ ) PCI PG .I. =¿
)
e'
%onde:
C@ 5ontenido del gas
C@ en !#
+ C . Oolumen de gases de combustión !9m4FIg# PCI Poder calor'fico inferior del combustible ;300 IcalFIg 3020
Poder calor'fico inferior del
C@ !IcalF9m4#
K 5onstante adimensional. En este caso, seg"n fuentes, 1
para el petróleo residual ser'a
K =1.8 1
Para obtener el volumen de gases de combustión nos regimos de la fuente .tt/0112223ener4#!a3o* donde nos muestra una gr)fica de cómo obtener el volumen de los gases de combustión en relación de su P5 * su eceso de aire, ahora para el eceso de aire también nos muestra un gr)fico de cómo podemos hallarlo. En consecuencia: 3
> m + C .=13.5 K&
Entonces reemplazamos estos valores en la fórmula del
PG . I . * obtenemos:
39
SISTEMAS ENERGETICOS
PG . I . =( 1.8
(
()
)(
> m 13.5 K&
3
Kcal 3 > m Kcal 9700 K& 3020
)(
0.159
)
)
=1.203
*" Dhora las pérdidas por chimenea ser'a la suma de ambas pérdidas:
PCH . = PC.S . + PG . I . =12.03 +1.203 =13.23
.7." PRDIDAS POR PURGAS: En este caso nos basaremos en la fórmula de la tesis
“INCREMENTO DE LA CALIDAD DEL VAPOR GENERADO POR RECALENTAMIENTO CON GASES DE COMBUSTIÓN DE UNA CALDERA PIROTUBULAR VERTICAL A CARBÓN”,
donde nos señala (ue la
pérdida por purgas de sedimentos es:
P P =
( m´ P ) ( C ) ) ( T S−T a) e' ( m´ C )( PCI )
%onde:
m ´ P 5audal de purgas 5audal del agua 227K IgFh C ) 5alor espec'fico del agua en la caldera !I$FIgQ5# T S +emperatura del l'(uido saturado en la caldera 33.13 Q5
T a +emperatura de medio ambiente 72Q5 m´ C 5audal del combustible 0.0K47 IgFs 7;;.A7 IgFh PCI Poder calor'fico inferior del combustible 201.;1 I$FIg
Dhora, el
C ) del agua en la caldera tenemos (ue
interpolarlo a temperatura media: ⇒ T m=
T A&"a + T +a)or 2
= 75 ℃
+ 177.67 ℃ 2
=126.33 ℃
I'ter)ola'dode ta$la te'emos : C) =4.255
K( K& ℃ 40
SISTEMAS ENERGETICOS
Entonces reemplazamos los datos * obtenemos:
(4428 P P =
K& ) h
(
(
)
K( (177.67 ℃ −24 ℃ ) K& ℃ =0.238 K& K( 299.52 40611.96 h K& 4.255
)(
)
.7." PRDIDAS POR RADIACIÓN@ CONVECCIÓN OTROS: En este caso, eisten fórmulas para calcular las pérdidas por radiación, sin embargo optaremos por hacer la diferencia del calor perdido total !obtenido directamente# menos las pérdidas de calor obtenidas indirectamente: P R ?C ?@ = P T −( PCH . + P P )
%onde:
P R ?C ?@ Pérdidas de calor por radiación, convección * otros !#
PT Pérdida de calor total A P R ?C ?@ =15 −( 13.23 + 0.238 ) =1.532 Entonces, estas pérdidas por radiación * convección son adse(uibles, *a (ue para eso eiste una tabla donde hace la estimación de las pérdidas de calor por radiación, convección * otros en función de la capacidad de la caldera nueva.
T!!# &- *!%&-$! >BHP"
R-/-$''-,2# &-,-$! MJ
HA0 A0 10 30 K0 00 7A A0 700
7A1 132 700; 7424 713K 442K 2K2 A07 11;A
P$&'&!( H 0.0 4.0 7.A 7.A 7.4 7.0 7.A 7.0 .A 41
SISTEMAS ENERGETICOS
7A0 400 4A0 200 A00 100
K41; 0 024 31 44;0 134K 700KA
,4 ,K ,4 7,0 ,K ,4
*Cortesía: Operació ! cotro" #e ca"#eras $#%stria"es &'C() ca"#eras +e,aee C"assic $
ANEXOS
TABLA 1
42
SISTEMAS ENERGETICOS
TABLA 2
43
SISTEMAS ENERGETICOS
TABLA 3
$'o+ Inte,!m'$!#oes #e C!"o+ Auto u$s Mon,!#! A"'$tes
44
SISTEMAS ENERGETICOS
TABLAS TERMO!NAM!"AS
45
SISTEMAS ENERGETICOS
46
SISTEMAS ENERGETICOS
47
