RESUMEN Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sóli sólido do,, líqu líquid ido o o gase gaseos oso, o, vapor aporiz izan an el agua agua para para aplicaciones en la industria. Hasta principios del siglo XIX se usaron calderas para teñir teñir ropas, ropas, produc producir ir vapor vapor para para limpie limpieza, za, etc., etc., asta asta que que !apin !apin creó creó una pequeña caldera llamada "marmita". #e usó vapor para intentar Marmita demover Papin la primera m$quina omónima, la cual no %uncionaba durante muco tiempo &a que utilizaba vapor 'medo (de ba)a temperatura* & al calentarse +sta de)aba de producir traba)o 'til. Luego de otras eperiencias, -ames att completó una m$quina de vapor de %uncionamiento continuo, que usó en su propia %$brica, &a que era un industrial ingl+s mu& conocido. La m$qu m$quin ina a elem elemen enta tall de vapo vapor r %ue inventada por /ionisio !apin en
0123
&
desarrollada
posteriormente por -ames att en 0112.
Inicialmente
%ueron
emplea empleadas das como como m$quin m$quinas as para para accionar bombas de agua, de cilindros verticales. 4lla %ue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo & contin'a en el nuestro. 5$quin 5$quinas as de vapor vapor altern alternati ativas vas de variad variada a constr construcc ucción ión an sido sido usada usadass duran urante te muc mucos años ños como como age agente moto motorr, pero ero an ido ido perdie rdien ndo gradualmente terreno %rente a las turbinas. 4ntre sus desventa)as encontramos la ba)a velocidad & (como consecuencia directa* el ma&or peso por 67. de
potencia, necesidad de un ma&or espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura.
/entro de los di%erentes tipos de calderas se an construido calderas para tracc tracció ión, n, util utiliz izad adas as en loco locomo moto tora rass para para trene treness tant tanto o de carg carga a como como de pasa)eros. 8emos una caldera multi umotubular con az de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. 4l umo, es decir los gases de combustión caliente, pasan por el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos.
Caldera multi humotubular
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potencia, necesidad de un ma&or espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura.
/entro de los di%erentes tipos de calderas se an construido calderas para tracc tracció ión, n, util utiliz izad adas as en loco locomo moto tora rass para para trene treness tant tanto o de carg carga a como como de pasa)eros. 8emos una caldera multi umotubular con az de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. 4l umo, es decir los gases de combustión caliente, pasan por el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos.
Caldera multi humotubular
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INDICE RESUMEN..................................................................................................................... INDICE........................................................................................................................... HOJA DE DATO DATOS S EXPERIMENTALES.............................................. EXPERIMENTALES........................................................ ................... ............... ...... 1.- INTRODUCCION..................................................................................................... 0.0 9b)etivos............................................................................................................. 0.: ;undamento
2.- PROCEDIMIENTO................................................................................................. :.0 4quipos & 5ateriales......................................................................................... :.: !rocedimiento de 4nsa&o.................................................................................
3.- CALCULOS Y RESULTA RESULTADOS............................................................................... =.0
esultados........................................................................................................
OBSERVACIONES..................................................................................................... CONCLUSIONES........................................................................................................ RECOMENDACIONESS............................................................................................. BIBLIOGRAFIA...........................................................................................................
3
1. INTRODUCCION 1.1. •
OBJETIVOS >ealizar un balance t+rmico del generador de vapor? estudio de su per%ormance considerando la importancia de este en el #ector Industrial & !lantas Generadoras de 4nergía 4l+ctrica, teniendo en cuenta que del diagnostico dependen las medidas a tomar con miras acia un bien & e%iciente %uncionamiento de la unidad.
1.2.
FUNDAMENTO TEORICO
GENERADOR DE VAPOR •
CALDERA: >ecipiente met$lico en el que se genera vapor a presión
•
mediante la acción de calor. GENERADOR DE VAPOR: 4s el con)unto o sistema %ormado por una caldera & sus accesorios, destinados a trans%ormar un líquido en vapor, a
•
temperatura & presión di%erente al de la atmós%era. MANOMETRO: 4l instrumento destinado a medir la presión e%ectiva producida por el vapor en el interior de la caldera.
4
FUNCIONAMIENTO ;uncionan mediante la trans%erencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente met$lico. 4n toda caldera se distinguen dos zonas importantes@ •
Zo! "# $%&#'!(%) "# (!$o' o (*+!'! "# (o+&,%)@ 4s el lugar donde se quema el combustible. !uede ser interior o eterior con respecto al recipiente met$lico. I#'%o' @ La c$mara de combustión se encuentra dentro del recipiente met$lico o rodeado de paredes re%rigeradas por agua. E/#'%o': La c$mara de combustión constituida %uera del recipiente met$lico. 4st$ parcialmente rodeado o sin paredes re%rigeradas por agua. La trans%erencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiación (llamaAagua*.
•
Zo! "# ,&o@ 4s la zona donde los productos de la combustión (gases o umos* trans%ieren calor al agua principalmente por convección (gasesA aguas*. 4st$ constituida por tubos, dentro de los cuales pueden circular los umos o el agua.
ACCESORIOS PARA EL FUNCIONAMIENTO SEGURO Las calderas deben poseer una serie de accesorios que permitan su utilización en %orma segura, los que son@ •
A((#o'%o "# o&#'0!(%): dos indicadores de nivel de agua & uno o m$s manómetros. 4n el caso de los manómetros estos deber$n indicar con una línea ro)a indeleble la presión m$ima de la caldera.
•
A((#o'%o "# #,'%"!": v$lvula de seguridad, sistema de alarma, sellos o puertas de alivio de sobre presión en el ogar & tapón %usible (en algunos casos*. 4l sistema de alarma, ac'stica o visual, se debe activar cuando el nivel de agua llegue al mínimo, & adem$s deber$ detener el sistema de combustión.
PARTES PRINCIPALES DE LA CALDERAS DE VAPOR Las calderas de vapor, b$sicamente constan de : partes principales@ •
C*+!'! "# !,!: >ecibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera. 4l nivel de agua se %i)a en su %abricación, de tal manera
5
que sobrepase en unos 0B cms por lo menos a los tubos o conductos de umo superiores. Con esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual %orma la c$mara de agua. #eg'n la razón que eiste entre la capacidad de la c$mara de agua & la super%icie de cale%acción, se distinguen calderas de gran volumen, mediano & pequeño volumen de agua. Las calderas de gran volumen de agua son las m$s sencillas & de construcción antigua. #e componen de uno a dos cilindros unidos entre sí & tienen una capacidad superior a 0BL de agua por cada m: de super%icie de cale%acción. Las calderas de mediano volumen de agua est$n provistas de varios tubos de umo & tambi+n de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la super%icie de cale%acción, sin aumentar el volumen total del agua. Las calderas de pequeño volumen de agua est$n %ormadas por numerosos tubos de agua de pequeño di$metro, con los cuales se aumenta considerablemente la super%icie de cale%acción. Como características importantes podemos considerar que las calderas de gran volumen de agua tienen la cualidad de mantener m$s o menos estable la presión del vapor & el nivel del agua, pero tienen el de%ecto de ser mu& lentas en el encendido, & debido a su reducida super%icie producen poco vapor. #on mu& peligrosas en caso de eplosión & poco económicas. !or otro lado, las calderas de pequeño volumen de agua, por su gran super%icie de cale%acción, son mu& r$pidas en la producción de vapor, tienen mu& buen rendimiento & producen grandes cantidades de vapor. /ebido a esto requieren especial cuidado en la alimentación del agua & regulación del %uego, pues de %altarles alimentación, pueden secarse & quemarse en breves minutos. •
C*+!'! "# 0!o': 4s el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en ella debe separarse el vapor del agua que lleve una suspensión. Cuanto m$s variable sea el consumo de vapor, tanto ma&or debe ser el volumen de esta c$mara, de manera que aumente tambi+n la distancia entre el nivel del agua & la toma de vapor.
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CLASIFICACIONES 4isten varias %ormas de clasi%icación de calderas, entre las que se pueden señalar@
1. S# $! '#%) "# '!&!4o: Da)a presión@ de A :.B 6g.Ecm: 5edia presión@ de :.B A 0 6g.Ecm: Flta presión@ de 0 A :: 6g.Ecm: #upercríticas@ m$s de :: 6g.Ecm:. 2. S# # ##'!(%): /e agua caliente /e vapor@ Asaturado ('medo o seco* >ecalentado. 3. S# $! (%'(,$!(%) "# !,! "#'o "# $! (!$"#'!: Circulación natural@ el agua se mueve por e%ecto t+rmico Circulación %orzada@ el agua se ace circular mediante bombas. • • • •
• • •
• •
5. S# $! (%'(,$!(%) "#$ !,! 6 $o !# (!$%## # $! 7o! "# ,&o "# $! (!$"#'!: P%'o,&,$!'# o "# ,&o "# 8,+o @ 4n estas caderas los umos pasan
•
•
por dentro de los tubos cediendo su calor al agua que los rodea. A(,o,&,$!'# o "# ,&o "# !,!: 4l agua circula por dentro de los tubos, captando calor de los gases calientes que pasan por el eterior. !ermiten generar grandes cantidades de vapor sobrecalentado a alta presión & alta temperatura, se usa en plantas t+rmicas para generar potencia mediante turbinas.
C!'!(#'9%(! P'%(%!$# "# $! C!$"#'! P%'o,&,$!'#
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D$sicamente son recipientes met$licos, com'nmente de acero, de %orma cilíndrica o semicilíndrica, atravesados por grupos de tubos por cu&o interior circulan los gases de combustión. !or problemas de resistencia de materiales, su tamaño es limitado. #us dimensiones alcanzan a B mts de di$metro & 0 mts. de largo. #e constru&en para ;lu)os m$imos de :. 6g.E de vapor & sus presiones de traba)o no superan los 0 6g.Ecm:. !ueden producir agua caliente o vapor saturado. 4n el primer caso se les instala un estanque de epansión que permite absorber las dilataciones de agua. 4n el caso de vapor poseen un nivel de agua a 0 o : cm. sobre los tubos superiores. 4ntre sus características se pueden mencionar@ #encillez de construcción. ;acilidad de inspección, reparación & limpieza. Gran peso. Lenta puesta en marca. Gran peligro en caso de eplosión o ruptura debido al gran volumen de
• • • • •
agua almacenada.
C!'!(#'9%(! P'%(%!$# "# $! C!$"#'! A(,o,&,$!'# #e componen por uno o m$s cilindros que almacenan el agua & vapor (colectores* unidos por tubos de pequeño di$metro por cu&o interior circula el agua. 4stas calderas son apropiadas cuando el requerimiento de vapor, en cantidad & calidad son altos.
8
#e constru&en para capacidades ma&ores a B. 6g.E de vapor (B tonE* con valores m$imos en la actualidad de :. tonE. !ermiten obtener vapor a temperaturas del orden de BB C & presiones de :gEcm: o m$s.
PARTES PRINCIPALES UE COMPONEN UNA CALDERA 1. Ho!': ;ogón o ca)a de %uego & corresponde a la parte en que se quema el combustible. #e divide en puerta del ogar & cenicero. Las calderas pueden instalarse con Hogares para combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, todo depender$ del pro&ecto del equipo & de la selección del combustible a utilizar. 2. E+!''%$$!"o:
9
=. M!+o#'9!@ Construcción de ladrillo re%ractarios & ladrillos comunes que tienen como ob)eto cubrir la caldera para evitar desprendimiento de calor al eterior. >. C*+!'! "# A,!: 8olumen de la caldera que est$ ocupada por el agua & tiene como límite in%erior un cierto nivel mínimo, del que no debe descender nunca el agua durante su %uncionamiento. ?. C*+!'! "# V!o': 4s aquella parte de la caldera que queda sobre el nivel superior del agua (volumen ocupado por el vapor considerando el nivel m$imo admisible de agua*. [email protected]*+!'! "# A$%+#!(%) "# A,!: 4s el espacio comprendido entre los niveles m$imos & mínimos del agua.
11. T!! "# R#%'o "# I#((%) o L!0!"o@
RIESGOS DE UNA CALDERA@ 1. A,+#o S&%o "# $! P'#%)@ 4sto sucede generalmente cuando se disminu&e el consumo de vapor, o cuando se descuida el operador & a& eceso de combustible en el ogar o c$mara de combustión. 2. D#(#o R*%"o "# $! P'#%)@ #e debe al descuido del operador en la alimentación del %uego. 3. D#(#o E/(#%0o "#$ N%0#$ "# A,!@ 4s la %alla m$s grave que se puede presentar. #i este nivel no a descendido m$s all$ del límite permitido & visible , bastar$ con alimentar r$pidamente, pero si el nivel a ba)ado demasiado & no es visible, en el tubo de nivel, deber$ considerarse seca la caldera & proceder a quitar el %uego, cerrar el consumo de vapor & de)arla en%riar lentamente. Fntes de encenderla nuevamente, se deber$ inspeccionarla en %orma completa & detenida. 5. E/$o%o#: Las eplosiones de las calderas son desastres de gravedad etrema, que casi siempre ocasionan la muerte a cierto n'mero de 10
personas. La caldera se rasga, se ace pedazos, para dar salida a una masa de agua & vapor? los %ragmentos de la caldera son arro)ados a grandes distancias. 4stos accidentes desgraciadamente %recuentes, an sido atribuidos durante muco tiempo a causas ecepcionales & %uera del alcanza de la prevención, es decir, se les a considerado como caso de %uerza ma&or.
4l estudio de las causas de las eplosiones e permitido determinar que estas se deben a@ Construcción de%ectuosa ;alla de los accesorios de seguridad, v$lvula de seguridad que no abr$n
• •
oportunamente o no son capaces de evacuar todo vapor que la caldera • • • •
produce. Jegligencia, descuido o ignorancia del operador. 5ezcla eplosiva en los conductos de umo. ;alta de agua en las calderas (la m$s %recuente * Incrustaciones masivas o desprendimiento de plancones.
Cuando el nivel de agua ba)a, de)a al descubierto las plancas, que estando en contacto con el calor de la combustión se recalientan al ro)o. Fl recalentarse estas pierden gran parte de su resistencia, el vapor se produce en menor cantidad por la disminución de la super%icie de cale%acción. Las incrustaciones act'an como aislante de)ando las plancas de la caldera sometidas a calor & sin contacto con el agua. /e esta manera se van recalentando & perdiendo su resistencia asta que no son capaces de resistir la presión & se produce la eplosión.
MEDIDAS DE PREVENCION !rocedimiento de traba)o seguro en la manipulación & operación de calderas@ 0. Los operadores de caldera solo podr$n acer abandono de la sala al t+rmino de su turno. 4n caso de que alguno requiera ausentarse solo ser$ con previo aviso & autorización del )e%e directo. :. Los operadores deber$n tener
una
observación
permanente
del
%uncionamiento de las calderas. !ara ello deber$n ubicarse en tal posición de no perder de vista los controles & elementos de observación, tales como el nivel del agua & manómetro. 11
=. /eber$n ser controlados permanentemente los siguientes elementos@ Cequear & observar el %uncionamiento de las bombas de alimentación de •
•
agua >evisar el %uncionamiento de quemadores, & estar atentos a cualquier
•
anomalía 9bservar presión indicada en los manómetros, teniendo presente que en
•
ning'n momento debe sobrepasar la presión m$ima de traba)o. Cequear la temperatura de los gases de combustión, así como tambi+n
la temperatura del agua de alimentación. 4star atento a cualquier ruido u olor etraño a los normales. K. #e le proíbe estrictamente al operador de)ar %uera de %uncionamiento, •
bloquear o deteriorar los sistemas de alarma &Eo controles de nivel de agua de las calderas. B. 9bligaciones del operador de turno@ Fccionar v$lvulas de seguridad Fccionar gr$%icos de pruebas con el ob)eto de descartar los niveles de • •
• • • •
agua %alsos. !urgar columna del control autom$tico del agua. >ealizar an$lisis químico de alimentación & el agua de la caldera. 5antener sala de calderas en per%ectas condiciones de aseo & orden. /osi%icar productos químicos@ Fnticrustante, neutralizante & secuestrador
de oígeno. 2. 4liminar cualquier ingreso de aire que no intervenga en la combustión & solo contribuir$ a diluir los contaminantes.
ACCESORIO DE SEGURIDAD: V*$0,$! "# #,'%"!"@
•
v$lvulas de seguridad cu&a %inalidad es@ dar salida al vapor de la caldera cuando se sobrepasa la presión normal de traba)o, con lo cual se evitara presiones ecesivas en los generadores de vapor.
•
T!) ,%&$#@ Consiste en un tapón de bronce, con ilo para ser atornillado al caldero, & tienen un ori%icio cónico en el centro, en el cual se rellena con una aleación met$lica (plomo, estaño*, cu&o punto de %usión debe ser de :B C como m$imo.
12
•
S%$&!o "# !$!'+!@ Fccesorios de seguridad que %uncionan cuando el nivel de agua en el interior de la caldera a descendido m$s all$ del nivel normal. Consiste en un tubo met$lico con el etremo in%erior abierto & sumergido al interior de la caldera, asta el nivel mínimo admisible.
REVISIONES Y PRUEBAS DE CONDICIONES DE SEGURIDAD !ara veri%icar las condiciones de seguridad de los generadores de vapor, +stos deber$n ser sometidos a las siguientes revisiones & pruebas@
1. R#0%%) %#'! 6 #/#'!: !ara estas revisiones el propietario o usuario de la caldera la preparar$ como sigue@ Fpagar$ sus %uegos, la de)ar$ en%riar, la drenar$, la abrir$ & la limpiar$ completamente incluso los conductos de umo. 2. P',#&! 8%"'*,$%(!: La caldera se preparar$ para la prueba idr$ulica en la siguiente %orma@ #e interrumpir$n las coneiones a la caldera por medio de bridas ciegas
•
(%lances ciegos* u otros medios que interrumpan en %orma completa & segura todas las coneiones de vapor & agua, & que resistan la presión •
idr$ulica a que se someter$n. #e limpiar$ la c$mara de combustión & se abrir$n & se limpiar$n los conductos de umo, de modo que la estructura met$lica de la caldera sea
•
accesible por todos sus lados #e retirar$n las v$lvulas de seguridad & se colocar$n tapones o %lances ciegos. 4n ning'n caso se permitir$ el aumento de la carga en la palanca
•
o un aumento en la presión sobre el resorte de la v$lvula. #e llenar$ la caldera con agua asta epulsar todo el aire de su interior, mediante un tubo de ventilación.
•
/urante la prueba idr$ulica se aplicar$ la presión en %orma lenta & progresiva aument$ndola uni%ormemente, sin eceder el valor %i)ado para
•
la presión de prueba que debe resistir. 4nseguida, se revisar$ la caldera para comprobar la eistencia o ausencia
•
de %iltraciones o de%ormaciones en sus plancas. #e considerar$ que la caldera a resistido la prueba idr$ulica en %orma
satis%actoria cuando no a&a %iltración ni de%ormación de las plancas. !osteriormente se ba)ar$ la presión tambi+n en %orma lenta & uni%orme. 3. P',#&! (o 0!o': /espu+s de cada prueba idr$ulica se realizar$ una •
prueba con vapor en la cual la v$lvula de seguridad se regular$ a una 13
presión de abertura que no eceda m$s de 2 sobre la presión m$ima de traba)o de la caldera. 5. P',#&! "# !(,+,$!(%): La prueba de acumulación se realizar$ con la caldera %uncionando a su m$ima capacidad & con la v$lvula de consumo de vapor cerrada. 4n estas condiciones la v$lvula de seguridad deber$ ser capaz de evacuar la totalidad del vapor sin sobrepasar en un 0 la presión m$ima de traba)o del generador de vapor. ;. P',#&! ##(%!$#: #in per)uicio de las pruebas prescritas en los artículos anteriores la autoridad sanitaria podr$ solicitar que los generadores de vapor sean sometidos a pruebas especiales no destructivas, con el ob)eto de determinar calidad de plancas & soldaduras en calderas mu& usadas o mu& antiguas o en aquellas en que se a&an producido de%ormaciones o recalentamiento.
SALA DE CALDERAS 4l reglamento tambi+n de%ine las características mínimas que debe poseer el lugar donde se instala el generador de vapor o caldera@ #i el generador de vapor tiene una super%icie de cale%acción igual o superior
•
a B m: & cu&a presión de traba)o eceda a :.B 6g. Ecm:, se instalar$ en un • •
recinto especí%ico para su utilización. 4sta sala ser$ de material incombustible & estar$ cubierta de teco liviano. Jo podr$ ubicarse la caldera sobre construcción destinada a abitación o lugar de traba)o.
•
La distancia mínima entre la caldera & las paredes del recinto ser$ de un metro, esta misma distancia debe respetarse entre la caldera & cualquier otro
equipo o instalación. 4sta sala deber$ tener dos puertas o m$s, en direcciones di%erentes, +stas se deben mantener en todo momento despe)adas & deber$n permanecer sin llave mientras las calderas est$n %uncionando.
2. PROCEDIMIENTO 2.1.
EUIPO Y MATERIALES
14
Caldera !irotubular, >a& Durner C9. , =
Fnalizador de gases
:
H!, 0B psi, : pies , año :2
5anómetros
Dourdon
(M:
psi*
&
5edidor de caudal
caldera.
Nn Cronómetro digital.
2.2.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO:
0. 8eri%icar el Jivel de agua en el
15
Nivel de Agua
:. 8eri%icar nivel de Combustible en su
16
Valvula para
Purgar el Caldero
B. Fccionar interruptor de arranque en el tablero de controles
2. 4sperar que el caldero alcance r+gimen de %uncionamiento 1.
17
•
Termometro
•
!resión de Combustible.
18
•
;lu)o de Combustible
•
8eri%icar el %uncionamiento de la bomba, ver el manómetro cuando sube la presión.
19
•
!resión en el interior del Caldero
20
•
3. CLCULOS Y RESULTADOS
21
3.1. a* b* c* d* e* %* g* * i*
TABLA DE DATOS.
DATOS OBTENIDOS DEL GENERADOR DE VAPOR TANQUE: 1mx 60 cmØ CM!U"T#!$E: %$P Pcaldero: 100p&i
PUNT O
H PGL (+ # P %
P(8%+#
PH2O!
. % H2O
,# $&%2
TGASE
S ' E(C S!$P
H2O 1 2 3
3.2.
:.B :.2 :.K
01B :0K :
2.== 2.= 2.K
P0!o
% .0K .0K .0K
0. 0:.B 0B.
:2 :2B :1
1B.: 1.2 0.0
T !, ! ( == == =K
CALCULOS.
BALANCE ENERGTICO 3.2.1. ANLISIS DE LA COMBUSTION EN EL UEMADOR DEL CALDERO 4l combustible utilizado es el GL! & al analizar los productos de la combustión mediante el analizador digital se obtienen los siguientes resultados@
22
%CO2 %CO %O2 9 0.021 19.2
No!: Combustible GL! (1 propano & = butano*
B!$!(# "# (!'&oo: a ( 70 x 3 + 40 x 4 )= 9 + 0.021 → a =0.0244
B!$!(# "# 8%"')#o: a ( 70 x 8 + 30 x 10 )=2 d →d = 10.484
B!$!(# "# o/9#o: 2 b= 9 x 2 + 0.021 + 19.2 x 2+ d → b =33.452
B!$!(# "# %')#o: = c → c =125.781
3.76 xb
(
33.452 32
+ 105.28 )
Kgaire
( r a / c )real = 0.0244 ( 70 x 44 + 30 x 58 ) = 30.30562 Kgcombustible E(,!(%) "# (o+&,%) E#,%o+#'%!:
[ 70 C H + 30 C H ]+ B [ O +3.76 N ] →DCO + E H O + N 3
8
4
10
2
2
2
2
2
23
B!$!(# "# (!'&oo: +
70 x 3 30 x 4
= D→ D=330
B!$!(# "# 8%"')#o: 70 x 8
+30 x 10 =2 E→ E =430
B!$!(# "# o/9#o: 2B
(
+
545 32 105.28
=2 D + E → B =545
)
Kg aire
( r a / c )te!rico= (70 x 44 +30 x 58) =15.5223 Kg combustible Luego@ 4ceso de aire
¿
( r a/ c )real x 100−100 =95.239 ( ra/ c )te!rico
3.2.2. DETERMINACIKN DEL FLUJO DE VAPOR ∑ m´ V # t $ $ $ $(1) m V =
(
"
)
/ónde: ´ v = A e% # m
& H ' ( H 2O $ $ $ ' (2 ) & t
A e%
O Prea equivalente de la sección recta del depósito de combustible
n O J'mero de tomas t
O
24
Considerando la sección recta del cilindro constante? se tiene para la %igura ad)unta@
Prea equivalenteO02O2 cm :O.2 m: >eemplazando en (:* se tiene@ ´ v 1=0.6 # m ´ v 2=0.6 # m ´ v 3=0.6 # m
0.025 # 1000 175
0.026 # 1000 214
0.026 # 1000 200
=0.0857 )g / seg = 0.0728 )g / seg = 0.078 )g / seg
!or lo tanto en (I* se tiene@ mV =
(
mV =
(
´mv +m´ v + m ´v 1
2
3
0.0857
3
)
#t
+0.0728 + 0.078 3
)
# ( 196.33 )=15.478 Kg
3.2.3. DETERMINACIKN DEL FLUJO DE COMBUSTIBLE
√
2
2
´ *+P= & , H O # ( H O # 2 g A # A $ .. ( 3 ) V (*+P A − A 2
2
1
2
2
2
1
2
/ónde@ & , H 2 O= ca-da de presi!" e"el ori.icio
( m H
2 O
*
25
( H 2 O =1000
)gr
(*+P =1.845
)gr
g= 9.81
m
m
3
3
m s
2
A 1= Areade la tuber-a p ducto A 2= Areadel ori.icio d 1=di/metro delatuber-a ( 1 0 )= 0.0254 m d 2=di/metro del ori.icio( 0.5 1 1 )=0.0127 m
V *+P
´ V ∑ =
(
*+P
m
)
# t ( m ) $ $ .. ( 4 ) 3
>eemplazando los datos en (=* se tiene@ ´ *+P = V
√
´ *+P = V
√
´ *+P 2= V
√
1
2
6.33 # 0.0254 # 1000 1.845
6.38 # 0.0254 # 1000 1.845
6.40 # 0.0254 # 1000 1.845
# 2 # 9.81
# 2 # 9.81
# 2 # 9.81
0.0005067 0.0005067
0.0005067 0.0005067
0.0005067 0.0005067
2
# 0.0001266
2
2
− 0.0001266
2
2
# 0.0001266
2
2
− 0.0001266
2
2
# 0.0001266
2
− 0.0001266
2
2
=0.0054063 m 3 / seg
=0.0054276 m 3 / seg
=0.0054312 m 3 / seg
>eemplazando en (K* se obtiene@
(
V *+P=
0.0054063
+ 0.0054276 + 0.0054276 3
)
3
# 196.33 =1.06444 m
26
3.2.5. CLCULO DEL CALOR TIL1 Considerando el ciclo siguiente para el generador de vapor@
2 1=
mv V *+P
# ( ,2− ,1 )
QQ.(B*
/ónde@ ,2=( ,g|78.3 psi )=2756.8
K3 =658.323 Kcal / Kg Kg
!ara
>eemplazando en (B* se obtiene@ 15.478 2= # ( 658.323 −32.966 ) =9093.303 Kcal / m 3 1
1.06444
3.2.;. CALOR PERDIDO EN LOS GASES DE ESCAPE 2 22=V gases #Cpg # ( T g−TB4 )
''''(6)
/ónde@ 8gases O8olumen de los gases de escape (m=* Cpg O calor especí%ico de gases O .=331 6calEm=R6
27
√
2
2
´ *A4E4 = & , H 2 O # ( H 2O # 2 g A12 # A22 $ .. ( 7 ) V (*A4E4 A 1− A 2
& , H 2 O= ca-da de presi!" e"el ori.icio ( H 2 O =1000
2 O
*
)g m
3
(*A4E4 =0.74207
g= 9.81
( m H
)gr 3
m
m s
2
A 1= Areade la tuber-aescape A 2= Areadel ori.icio d 1=di/metro delatuber-a ( 12 0 )= 0.3048 m d 2=di/metro del ori.icioasumido ( 6 1 1 )= 0.1524 m
(
V *A4E4 =
∑ V ´
*A4E4
m
)
# t ( m ) $ $ .. ( 8 ) 3
!ara el c$lculo de la densidad de la mezcla utilizamos la ecuación de Clape&ron S0T@ (*A4E4 =
5 *C 22.4 #
[
T # P0 P# T 0
] 28
/ónde@ 5 *C =
(
9 # 46
)+ 0.021 # ( 30 ) + 19.2 # ( 32 )+ 125.781 # ( 28 ) Kg =29.551 9 + 0.021 + 19.2 + 125.781 Kmol
>eemplazando en la ecuación de Clape&ron@ Considerando ! gases O00.2 !a (asumido* Luego se tiene@
(*A4E4 =
22.4 #
29.551
[
538 # 101300 101600 # 292.594
]
=0.7196 Kg / m 3
>eemplazando en la ecuación (1* se tiene@
´ *+P = V 1
√
0.14 # 0.0254
# 1000
0.74207
# 2 # 9.81
0.072822 0.072822
2
# 0.0182414
2
2
− 0.0182414
2
=0.182699 m 3 / seg
!or lo tanto@ V *A4E4 =0.182699 # 218= 39.8285 m
3
>eemplazando en la ecuación (2* se tiene@ Kcal 2 =39.8285 # 0.3997 # ( 265−19.44 )= 3909.18 2
m3
3.2.<. CALOR PERDIDO POR EVAPORACIKN DEL AGUA DE FORMACIKN 3 2 3=9 H
[ ( 100 −T ) +322.4069 + 0.3997 ( T −100 ) ] Kcal m C
g
3
29
/ónde@ 3H O cantidad de agua %ormada considerando que 0 6g de H: es capaz de %ormar 3 6g de H:9 HU O cantidad de H: en el combustible (01.K* HO.012KHUEm=combO.=0K23 4ntonces reemplazando se obtiene@ Fsumiendo@
2 3=132.422
Kcal m3
3.2.=. CALOR PERDIDO POR EVAPORACIKN DE HUMEDAD SUPERFICIAL DEL COMBUSTIBLE 5 2 4 =6 ( 212−T C ) + 970.3 + 0.46 ( T g−212 )
O cantidad de umedadElb de combustible. VK solo es signi%icativo en combustibles sólidos. !or tanto@ VK O .
3.2.>. CALOR PERDIDO POR COMBUSTIKN INCOMPLETA ;
2 5=
%CO # 2367.88 C Kcal / m 3 %C O2 + %CO
30
C =0.8236 #
C 7 m 3 comb
COcantidad de carbono en el combustible (:.0B*, >eemplazando datos se obtiene@
2 5=
0.021 9
+0.021
# 2367.88 ( 0.8236 # 0.8215 )=3.7295 Kcal / m 3
3.2.?. CALOR PERDIDO POR CARBKN NO CONSUMIDO Y SE HALLA PRESENTE EN LAS CENIZAS < 2 6=14150 #
8 a
´c m
# C a
a O peso de ceniza recolectada por unidad de tiempo. mc O peso de combustible quemado por unidad de tiempo. Ca O peso de combustible en cenizas, es asumido como carbono. !or tanto@ V2 O .
3.2.1@.
CALOR
PERDIDO
AL
CALENTAMIENTO
DE
HUMEDAD DEL AIRE AMBIENTAL = 2 7=( V *A4E4 − V *+P ) #C PV # ( T g −TB4 ) #
1
V *+P
( ) Kcal m
3
/ónde@ C PV =Calor espec-.ico del vapor =0.2664
Kcal 3
m 9 K
19.44
C
>eemplazando en la ecuación anterior se tiene@
31
LA
2 7=( 39.8285 −1.06444 ) # 0.2664 # ( 265−19.44 ) #
3.2.11.
1 1.1165
( )
=2271.236 Kcal m
3
CALOR PERDIDO POR RADIACIKNCONVECCIKN Y
OTROS> i =7
2 8= PC *+P −
2 ∑ = i
i
1
/ónde@ PC *+P =22400
Kcal 3
m
28=22400 −(2271.236 + 3.7295 + 132.422 + 3909.18 + 9093.303 )¿ 2 8=6990.1295
3.2.12.
Kcal m
3
EFICIENCIA DEL GENERADOR:
21 "T = PC *+P
"T =
3.3.
9093.303 22400
=40.595
RESULTADOS. REPRESENTACIKN GRFICA DEL BALANCE TRMICO
32
GRFICA MASA DE AGUA VS TIEMPO
33
OBSERVACIONES •
Las p+rdidas de calor en la caldera en su ma&oría son debido la radiación & convección (=0.:3*, esto nos da idea de la antigWedad o uso de esta
•
caldera que %ue %abricada en el :2. Cuando el caldero traba)a a plena carga el %lu)o de combustible permanece constante.
•
!ara traba)ar a la presión necesaria, el tiempo de calentamiento del vapor es alto.
•
Fl realizar la eperiencia, el nivel del agua en el caldero est$ por encima del nivel necesario para encender la bomba de agua, por lo cual esta tardo en encenderse.
•
!ara traba)ar a la presión necesaria, el tiempo de calentamiento del vapor debe ser alto. Cuando el caldero traba)a a plena carga, el %lu)o de combustible permanece constante.
•
Nn gran porcenta)e de calor suministrado por el combustible es absorbido por el generador de vapor, lo cual indica que mantiene una me)or e%iciencia respecto al calor perdido o absorbido.
34
CONCLUSIONES •
Las p+rdidas de calor que ocurren en el caldero se deben en ma&or parte a las p+rdidas de calor en los gases de escape, & por evaporación del agua en %ormación. Cuando el caldero traba)a a plena carga, el %lu)o de combustible aumenta, es decir, que se consume m$s combustible, por tanto las condiciones de %uncionamiento en este caso no son óptimas &a que aunque se consume ma&or cantidad de combustible la e%iciencia no aumenta por el contrario disminu&e.
•
4l /iagrama de #ane& es una %orma pr$ctica & sencilla de mostrar la distribución de las potencias de entrada & salida.
•
#e recomienda una limpieza por medio de lanzas de vapor movidas a mano, con sopladores de ollín, cepillos o dispositivos similares para me)orar la e%iciencia del caldero piro tubular.
•
La e%iciencia %inal de K.B3B es una buena e%iciencia en comparación a
•
otras m$quinas t+rmicas. #ería buena idea el uso de los purgadores, que van en la parte m$s ba)a de la caldera & algunas veces tambi+n en el cuerpo cilíndrico? se utilizan para sacar una cierta cantidad de agua con el %in de etraer de la caldera los lodos, sedimento & espumas.
35
RECOMENDACIONES •
#e debe regular la entrada de aire al quemador, aumentando el %lu)o para
•
lograr que la combustión tienda a ser completa. Limpiar el interior de la caldera para remover las incrustaciones de ollín & material re%ractario que disminu&en la e%iciencia de la trans%erencia de calor al agua. #e recomienda esperar unos minutos antes de la toma de datos para de)ar que el sistema se estabilice.
36
