UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA “
” G E N E R A D O R D E V A P O R ”
INFORME DE LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA 2 (MN463-B) DOCENTE: MECHÁN
ROJAS, DANTE
UNIDAD EJECUTORA
CÓDIGO
ADRIANZEN GIL, EDSON
20094557I
ASCONA GUELAC JOHNNY
20111244J
BARRIENTOS CAMPOS HENRY
20081198E
FLORES NARVAEZ JORGE
20101114F
HUAMAN GUERRERO RICARDO
19952048A
LAYNES PALOMINO MILAGROS
20101067H
LEONARDO MARIANO BILL
20111036H
QUINTANILLA RODRÍGUEZ KARLOS
20112546J
SANCHEZ OROZCO PEDRO
20051126F
LIMA-PERU 2013
Este informe se lo dedicamos a nuestros padres por su apoyo constante e incondicional en aras de forjar nuestro futuro.
Este informe se lo dedicamos a nuestros padres por su apoyo constante e incondicional en aras de forjar nuestro futuro.
INDICE
1.
OBJETIVO
2.
FUNDAMENTO TEORICO 2.1 CLASIFICACIÓN DE CALDERAS
1 2
2.1.1 CALDERAS PIROTUBULARES
2
2.1.2 CALDERAS ACUOTUBULARES
3
2.1.3 GENERADORES DE VAPOR MARINOS
4
2.1.4 CALDERAS DE VAPOR CON CIRCULACIÓN FORZADA
4
2.1.5 CALDERAS QUE TRABAJAN CON CALOR PERDIDO
4
2.2 CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE VAPOR DE LAS CALDERAS
5
2.3 COMPORTAMIENTO DE LA CALDERA
6
2.3 ACCESORIOS DE LAS CALDERAS
7
3.
EQUIPOS E INSTRUMENTOS
10
4.
PROCEDIMIENTO
14
5.
DATOS
16
6.
CÁLCULOS
17
7.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
30
8.
REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS BIBLIOGRAFICAS
31
GENERADOR DE VAPOR 1. OBJETIVO.
Realizar un balance térmico del generador de vapor; así como hacer un estudio de su performance considerando la importancia de este elemento en el Sector Industrial y Plantas Generadoras de Energía Eléctrica, teniendo en cuenta que del diagnóstico dependen las medidas a tomar con miras hacia un buen y eficiente funcionamiento de la unidad.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO. Un grupo productor de vapor de agua es una combinación de aparatos que pueden constar de cualquiera o todos lo siguiente: calderas, equipo de quemadores o el necesario para quemar el combustible, cámaras de agua, purificador de vapor, recalentador, atemperador (dispositivo para controlar la temperatura del vapor), economizador y calentador de aire. Las calderas antiguas solamente podían trabajar a presiones muy bajas (presiones relativas de 0,25 a 0,7 kg/cm 2), a causas de su forma como materiales y posibilidades constructivas. Las instalaciones industriales suelen emplear a baja presión relativas menores de 21 kg/cm 2, y en muchos casos el vapor a baja presiones se utiliza para calefacción y en distintos procesos de fabricación. Un constructor de calderas cita, entre las suministradas recientemente por él para instalaciones de utilidad publica, calderas que trabajan a presiones relativas comprendidas entre 66 y 145 kg/cm 2. De esta la más grande produce 544800 kg de vapor por hora a una presión relativa de 145 kg/cm 2, y una temperatura de 537°C, pudiendo producir a esta temperatura vapor recalentado; la caldera de presión mas baja produce, en cambio, 272400 Kg de vapor por hora a 66,5 kg/cm 2 de presión relativa y a una temperatura total de 482°C. La tendencia general de hoy en día es instalar una caldera por turbina. En la actualidad se esta construyendo una caldera capaz de producir 635000 kg de vapor por hora, que presenta la capacidad máxima conseguida hasta el presente en cuanto a la presión, la máxima corresponde a una
1
central de construcción cuya caldera trabajara una presión relativa de 315 kg/cm 2, si bien la tendencia actual es no pasar de 164,5 kg/cm 2 y una temperatura del total del vapor de 592°C, recalentado a partir de 565°C. La máxima temperatura total del vapor corresponde a una caldera que se esta instalando y es de 649°C. En la porción del diagrama de Mollier, correspondiente a las presiones más elevadas, se observa de un aumento de 55°C en la temperatura de vapor produce más energía útil por kg de vapor que aumentando la presión absoluta de este en 7 kg/cm 2. 2.1. CLASIFICACIÓN DE CALDERAS. Las calderas de vapor se clasifican, atendiendo a la posición relativa de los gases calientes y del agua, en acuotubulares y pirotubulares; por las formas de los tubos, de tubos rectos y de tubos curvados; y por la naturaleza del servicio que presentan, en fijas, portátiles, locomóviles y marinas. La elección de una caldera para un servicio determinado depende del combustible de que se disponga, tipo de servicio, capacidad de producción de vapor requerida, duración probable de la instalación, y de otros factores de carácter económico. 2.1.1.CALDERAS PIROTUBULARES.
En estas calderas los gases calientes pasan por el interior de los tubos, los cuales se hayan rodeados de agua. Las calderas pirotubulares pequeñas, juntos con las maquinas de vapor correspondiente, han sido desplazadas en su mayoría por los motores de combustión interna en la producción de energía destinada al accionamiento de hormigoneras, grúas portátiles y grupos para extinción de incendios. Las calderas pirotubulares generalmente tienen un lugar integral (dominado caja de fuego) limitado por superficies enfriadas por agua. En la actualidad las calderas pirotubulares horizontales con hogar integral se utilizan en instalaciones de calefacción a baja presión, y algunos tipos mas grandes para producir vapor a presión relativamente baja destinado a calefacción y a producción de energía.
2
2.1.2.CALDERAS ACUOTUBULARES.
En las calderas acuotubulares, por el interior de los tubos pasa agua o vapor, y los gases calientes se hallan en contacto con la superficie externa de aquellos en contraste con el tipo pirotubulares descrito anteriormente. Las calderas acuotubulares son las empleadas casi efusivamente cuando interesa obtener elevadas presiones y rendimientos, debido a que los esfuerzos desarrollados en los tubos por las altas presiones son de tracción y no de compresión como ocurre en los pirotubos; la limpieza de las calderas acuotubulares se lleva acabo finalmente por que las escamas o incrustaciones se quitan sin dificultad utilizando un dispositivo limpia tubos movido con agua o aire. Los objetivos perseguidos al construir una caldera cualquiera son: coste reducido, formas simples de los tubos, compacidad, accesibilidad, transmisión eficiente del calor, buena circulación y elevada capacidad de conducción de vapor. Esta amplitud de miras ha dado como resultado muchos diseños y modificaciones de la caldera acuotubular, tales de tubos rectos, tubos curvos, de un solo cuerpo cilíndrico, de varios cuerpos, longitudinal y de cuerpo transversal. Las calderas de tubo recto tienen la ventaja de que todos los tubos principales son iguales y solamente se necesita pocas especiales, tienen, en cambio, el inconveniente de que los tubos rectos terminan en colectores cuyas paredes deben estar a escuadra con línea central de los tubos, esta disposición es necesaria para que las juntas del vapor se puedan hacer ensanchando los extremos de los tubos contra las paredes de los colectores. El acceso de los tubos para fines de limpieza o reposición se consigue mediante tapas desmontables en cada extremo de los mismos. Los orificios de los colectores son generalmente elípticos para que las tapas mencionadas puedan introducir entre ellos, que dando en posición normal por la presión del vapor ejercida desde el interior de los colectores.
3
2.1.3.GENERADORES DE VAPOR MARINOS.
El agua de alimentación pasa por el economizador (recuperador) y de este a la tubería de distribución situada en el fondo del cuerpo cilíndrico superior. Los tubos de circulación conducen el agua hacia abajo por la parte externa del hogar hasta los cuerpos cilíndricos inferiores, y, a medida que se genera el vapor en la batería principal de tubos, el agua sube para remplazarlo. El vapor saturado sale por la tubería denominada “seca” y entra en el recalentador situado a un extremo de la caldera. El grado de recalentamiento se puede controlar con exactitud regulando la marcha de los quemadores del recalentador. En cualquier marcha de funcionamiento se puede obtener simultáneamente vapor saturado y vapor recalentado. 2.1.4.CALDERAS DE VAPOR CON CIRCULACIÓN FORZADA.
Cuando en una caldera se remplaza la circulación por gravedad
por
circulación forzada, el diámetro de los tubos pueden reducirse, el circulo de los tubos alargarse, y disminuirse el espesor de sus paredes para una presión dada. Los tubos pueden disponerse a modo de serpentín continuo, formando el revestimiento del hogar. De esta manera se mejora la transmisión del calor, el espacio requerido se reduce al mínimo y los colectores y cuerpos cilíndricos quedan suprimidos. En las calderas Benson y Sulzer, las cuales emplean la circulación forzada, el agua entra por un extremo de los tubos y sale en forma de vapor por el otro extremo. Normalmente trabajan a una presión relativa próxima a 140 kg/cm 2 y requieren aparatos de control sensibles exactos para regular la marcha de la combustión y la de la circulación del agua, con el fin de obtener vapor del grado de recalentamiento deseado. 2.1.5.CALDERAS QUE TRABAJAN CON CALOR PERDIDO.
En muchas industrias los gases de escape de algunos procesos de fabricación contienen suficiente calor para abastecer de vapor a dichas
4
industrias. Los gases de escape de los motores de combustión interna salen a una temperatura comprendida entre 149 y 426°C, la cual depende de la carga y del tipo del motor (2 o 4 tiempos). Las columnas destiladoras de las refinerías de petróleo descargan continuamente gases de temperaturas de 482 y 537°C, y los hornos Siemens para producir acero, de 649 a 705°C. La energía poseída por los gases pueden ser absorbida por intercambiadores de calor situados en su camino, y utilizándose tanto los de pirotubos como los de acuotubos.
2.2. CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE VAPOR DE LAS CALDERAS. La producción de un generador de vapor se da frecuentemente en kilogramos de vapor por hora, pero el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energía, aquel sistema no mide exactamente la energía producida. La capacidad de una caldera de vapor se expresa mas concretamente en forma del calor total transmitido por las superficies de caldeo en kcal por hora. Debido que este vapor numéricamente es grande, la ASME recomienda como unidad la kilo Btu (1000 Btu = 254 kcal) por hora, o la mega Btu (1 000 000 Btu = 254 000 kcal) por hora. El proceso de transmisión de calor que tiene ocasión en un generador de vapor es un proceso de flujo constante, en el cual el calor transmitido es igual a la variación de la entalpía del fluido. Por consiguiente, la producción de la caldera medida por el calor absorbido por el agua y vapor será, en kilocalorías:
Q = m s ( h - h f )
kcal / hr
En donde: Q = producción de la caldera. ms = peso del vapor producido por la caldera (o bien recalentado), en (kg/hr). h = entalpía de 1 kg de vapor a la presión y/o temperatura observados en (kcal/kg).
5
hf = entalpía del liquido de 1 kg de agua de alimentación en las condiciones en que dicha agua llega a la caldera (o economizador), en (kcal/kg). Cuando el peso de vapor m s es la cantidad máxima que la caldera puede producir por hora a la temperatura de trabajo especificada, la formula anterior da la capacidad máxima. Pero si ms representa el peso de vapor que la caldera puede
producir con más eficiencia, la producción correspondiente se denomina capacidad normal .
La potencia en HP de caldera, tal como fue establecida en 1889 por la ASME, estaba basada en una maquina de vapor que empleaba 30 lb (13,62 kg) de vapor por HP hora a una presión relativa de 4.9 kg/cm 2 y con el agua de alimentación de la caldera a 38,5 °C. Esto corresponde a la vaporización de 15,66 kg de agua por hora 100 °C en vapor seco a 100 °C, la presión atmosférica normal (1,033 kg/cm2). En esta condición cada kg de vapor producido requiere la entalpía de vaporización a la presión atmosférica normal la cual vale 543,4 kcal. Por consiguiente la capacidad de una caldera podrá expresarse de la siguiente forma:
HP de caldera =
m s ( h - h f ) 543,4 * 15,66
En donde ms, h y hf tiene el mismo significado de la formula anterior. Aun que el termino “HP de caldera ” no se considera actualmente como una unidad aceptable de capacidad de caldera, el hecho de haberse empleado durante muchos años exigen que el técnico conozca su significado y limitaciones.
2.3. COMPORTAMIENTO DE LA CALDERA. El comportamiento de un generador de vapor puede expresarse en función de los kg de vapor producido, velocidad de combustión, transmisión de calor kcal por m 2 de superficie de caldeo y por hora, temperatura de los gases de la chimenea,
6
porcentaje de CO2 en dichos gases, combustibles sin quemar contenido de las cenizas y escorias, porcentaje de la potencia nominal de la caldera desarrollo y rendimiento global. El rendimiento global de una caldera de vapor en condiciones de funcionamiento cualesquiera es la relación entre el calor transmitido en la energía suministrada en forma de combustible, es decir:
eb =
m s ( h - h f ) * 100 m f * F
En donde: eb = rendimiento del generador de vapor, en %, incluyendo caldera, recalentador, hogar, camisas de agua, calentador de aire y economizador. mf = peso total de combustible quemado por hora, en kg; m 3 por hora tratándose combustible gaseoso. F = potencia calorífica superior de combustible quemado, en kcal por kg; kcal por m3 tratándose de combustible gaseoso.
2.4. ACCESORIOS DE LAS CALDERAS. Los accesorios que generalmente llevan las calderas son: manómetros, nivel de agua, regulador del agua, de alimentación, válvulas de seguridad, tapones fusibles, purgadores, sopladores de hollín, indicadores de tiro y aparato de control. Las calderas (especialmente los pirotubulares) que trabajan a una presión relativa inferior a 16 kg/cm 2 están, por la regular, protegidas por tapones fusibles. Estos consisten en manguitos de acero o bronce rellenados de una aleación de estaño que funde aproximadamente a 232 0C, y se inciertan en el cuerpo cilíndrico de la caldera a la altura del nivel del agua mínimo permisible según el reglamento de calderas de la ASME. El punto de fusión del estaño es superior a la temperatura del vapor, e inferior a la temperatura de los gases calientes. El extremo pequeño
7
del tapón esta en contacto con los productos de la combustión; cuando el nivel del agua es lo suficientemente bajo para dejar descubierto el tapón, la aleación se funde y el vapor se escapa por el agujero. De esta manera se impide la presión de la caldera se haga excesiva, y, por otra parte el escape del vapor atrae la tensión del vigilante y puede adoptarse las precauciones oportunas para evitar que se recaliente el metal de la caldera. Los purgadores, van en la parte más baja de la caldera y algunas veces también en el cuerpo cilíndrico; se utilizan para sacar una cierta cantidad de agua con el fin de extraer de la caldera de los lodos, sedimento y espumas. Las impurezas de las grandes cantidades de agua vaporizadas se van precipitando constantemente. En ocasiones se emplea un purgado (por el fondo) continuo, por medio de un tubo pequeño para sacar las impurezas a medida que se precipitan. No obstante, cuando se sigue este procedimiento, los purgadores grandes hay que abrirlos de vez en cuando para sacar más completamente los acumulados. Las impurezas del agua de alimentación se combinan mecánica y químicamente durante el funcionamiento de la caldera para formar la capa de incrustación sobre la superficie de caldeo. Las perdidas caloríficas ocasionadas por las incrustaciones de las calderas varían con las temperaturas y los caudales de los gases y del agua. Se ha demostrado experimentalmente que una incrustación 1,6 mm de espesor produce una perdida de conductibilidad de 12% en los tubos de las calderas (hileras mas bajas) situado cerca del hogar. Las incrustaciones pueden ocasionar recalentamiento locales, los cuales se traducen en peligrosas deformaciones y erosiones que deteriora peligrosamente los tubos y planchas. En todas las calderas que se trabajan con agua sin destilar se necesita utilizar periódicamente los limpia tubos mecánicos para quitar de una forma eficiente la incrustación depositada sobre la superficie de los tubos. Los limpia tubos mecánicos son de 2 clases: (1) de tipo vibratorio que desprende la incrustación por medio de golpes rápidos y que son aplicables a las calderas acuotubulares y a las pirotubulares, y (2) de tipo de fresa giratoria, los cuales abarcan la
8
incrustación por medio de una herramienta cortante rotativa y que solamente se emplea en las calderas acuotubulares. Así como la incrustación se deposita sobre superficie de caldeo bañadas por agua, el hollín se acumula sobre la cara expuesta a los gases que van a la chimenea. El hollín esta formada por toda la materia sólida que abandona el lecho de combustible y es arrastrada por los productos gaseosos de la combustión. Se ha demostrado experimentalmente que el hollín es un excelente aislante de calor el cual produce una disminución de la conductibilidad calorífica del 25% para espesores de 1,5mm. Las superficies de las calderas en un contacto con los gases de la combustión se limpian normalmente por medio de lanzas de vapor movidas a mano, con sopladores de hollín, cepillos o dispositivos similares. Los sopladores de hollín están instalados en las calderas permanentemente y situado de manera que todas las superficies de caldeo sometidas a la acumulación de hollín puedan limpiarse con chorros de vapor, aire o una mezcla de aire y vapor. Los sopladores de hollín están construidos para girar en un sentido estirado una cadena; los chorros barren el arco de soplado una vez cada revolución. El emplazamiento en los sopladores de hollín instalados en la central térmica Joppa. Estos sopladores automáticos funcionan correlativamente, en consonancia con la trayectoria de los productos de la combustión con el fin de arrastrar las cenizas volantes del hogar. Para el control automático y como medio de soplado se emplea el aire comprimido. El control total se ejerce desde un panel situado en la sala de maniobra. Las altas temperaturas reinantes en determinadas zonas exigen que los tubos sopladores de hollín sean retirados del hogar cuando no se utilizan.
9
3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS. 3.1. CALDERA PIROTUBULAR.
Fig. 1: caldero pirotubular.
10
Fig.21: Tanque de agua.
Fig. 3: Medidor de flujo del GLP (placa-orificio).
11
Fig. 4: Termómetro de los gases de combustión.
Fig. 5: Medidor de flujo del vapor.
12
3.2. MANOMETRO BOURDON.
Fig. 6: Manómetros.
3.3. CRONOMETRO
Marca: CASIO Rango: 9 H 59’ 59’’ 99’’’ Precisión: 0.005 segundos.
13
4. PROCEDIMIENTO.
4.1. Antes de realizar la experiencia verificar el nivel de agua en el tanque de depósito ya que si no se hace se puede causar daños al caldero y a la bomba debido a que no habría agua de ingreso hacia el Caldero.
4.2. Verificar nivel de combustible en su tanque de depósito, que esta ocasión es GLP que ingresa con un determinado flujo másico. 4.3. Verificar nivel de agua en el interior del caldero, ya que al faltar agua todo el calor de la combustión iría hacia la estructura del Caldero y ocasionaría daños importantes a este. 4.4. Purgar mecánicamente el generador de vapor con válvula ubicada en la parte inferior-posterior.
14
4.5. Accionar interruptor de arranque en el tablero de Control.
4.6. Esperar que el Caldero alcance régimen de Funcionamiento, ya que solo en ese momento estaremos seguros que los datos obtenidos son una representación real del Caldero ya que este en la Industria Trabaja por largos periodos de tiempo.
4.7. Tomar las lecturas en cada periodo de funcionamiento (3 periodos en total) 4.8. Tabular.
15
5. DATOS. Tanque de agua: Diámetro: 60cm. Longitud: 1m. Datos obtenidos de la experiencia.
tiempo (bomba)
Presión
Presión (psi)
(psi) de caldero
a salida amb.
encendida
apagada
encendido
apagado
1
0
1.13s
70
71
2
4.35s
5.30s
84
85
3
7.30s
8.47s
91
92
flujo de salida
altura de agua
(lb/hora)
h (cm)
T alimentación de bomba de agua (C)
Flujo de Combustible (pulg.H2O)
encendido
Temperatura de los
T salida de
gases de
vapor (F)
escape (C)
600
620
20
6.68
255
680
676
17.8
6.62
260
720
726
15.4
6.60
262
16
apagado
6. CÁLCULOS.
̇
1. Determinación del flujo de vapor: ( ) Dado que la instalación cuenta con un medidor de caudal del tipo orificio, es que podemos determinar el flujo de vapor que nos entrega el caldero, el cual ha sido calculado igual a:
# Punto
̇
(lb/hr)
1
690
2
678
3
723
∑̇ ×t…………1 Dónde:
̇ × ∆.∆ ………. 2
= Área equivalente de la sección recta del depósito de combustible
n = Número de ensayos. t = Tiempo de prueba (seg) Considerando la sección recta del cilindro constante.
Á 10.6 0.6 2 ̇ 841100 /106.195 / ̇ 890412 /112.421 / ̇ 625504 /78.9744 /
Reemplazando se tiene:
17
Por lo tanto en (I) se tiene:
̇ ̇3 ̇×t 106.195 112.3421 78.9744 ×8.47840.197 Kg ∆ℎ × × ̇ √ ×2
2. Determinación del flujo de combustible: (
Dónde:
)
∆ℎ í ó 1000 1.845 9. 8 1 í á í 1′′ 1" 0.0254 á 0.75′′ 34 " 0.01905 (
)
∑ ̇× ≅ ( ̇)× Reemplazando los datos se tiene:
18
0. 0 00507 ×0. 0 00285 ̇ √ 6.68×0.1.08254×1000 45 ×2×9. 8 1× 0.000507 0.000285 0.014638 3/ 0. 0 00507 ×0. 0 00285 ̇ √ 6.62×0.1.08254×1000 45 ×2×9. 8 1× 0.000507 0.000285 0.014572 3/ ×0.000285 0.01455 3/ 0. 0 00507 ̇ √ 6.60×0.1.08254×1000 ×2×9. 8 1× 45 0.000507 0.000285
Reemplazando se obtiene:
0. 0 1455 0.014638 0.014572 ×8. 4 70. 1 23549 3 Mc 0.227948 Kg
3. Análisis de los gases de escape Datos: Tipo
%
CO
0.002
O2
4
CO2
11.3
N2
84.698
Total
100%
Considerando la siguiente ecuación para una combustión incompleta:
19
×3.76 → Así mismo del analizador Orsat obtenemos que:
11.3 4
0.002 84. 6 98
Efectuando el balance de la ecuación de combustión:
→ 11.302 222 84.3.76698 22.526 222 → 14.45 2 → 28.9
Sabiendo que:
Relación de aire combustible (r a/c):
× 28 . × 32 . / 12 × 1 × . . 28×84. 22.526 6 98 / 32×12×11. 302 1×28.9 / 18.79 .. ×3.76 → 7 7.5 10.75
Determinación de la relación aire combustible teórica
Balanceando:
20
Calculo del exceso de aire.
/ 14.9 ..
) ×100100 % ((//) % 18.14.799 ×100100 % 26.15 % 4. Calculo del calor útil (Q1) Considerando el ciclo siguiente para el generador de vapor:
Dónde:
×ℎ ℎ ℎ ℎ2746.4
Para T=301.8 °F y P=53.13 PSI (tabla termodinámica)
ℎ1ℎ632.18
Reemplazando se obtiene:
21
197 ×2746.4632.187792.84 / 0.840.227948 5. Calor perdido en los gases de escape (Q2):
× ×( ) Dónde: Vgases = Volumen de los gases de escape Cpg
= calor específico de gases = 0.24 BTU/Lbs-°F
Tg
= temperatura de salida de los gases ºF
Ta
= temperatura de bulbo seco (TBS) ºF=74 ºC
C
= cantidad de Carbono en el combustible
Además: Mg
4%CO2 %O2 700 C 3%CO2 %CO
gases Mg 18.782 LbsLbs comb Reemplazando en la ecuación (6) se tiene:
18.7827×0.24×498. 2 74 1912.23 ..
6. Calor perdió por evaporación del agua de formación (Q 3):
9[1×212970.30.46( 212)] .. Dónde:
22
= temperatura del combustible (
35º95º
).
1×212 .. 970.3 .. 0.46( 212) ..
= Elevación de temperatura del agua en formación hasta 212ºF.
= Calor latente de vaporización del agua en formación. Elevación de temperatura del agua en formación desde 212 ºF hasta la temperatura de los gases.
9H = cantidad de agua formada considerando que 1 Kg de H 2 es capaz de formar 9 Kg de H 2O %H = cantidad de H 2 en el combustible (17.56%). Entonces reemplazando se obtiene:
9×0.17561×21295970.30.46498.2212 .. 1923.43 .. 7. Calor perdido por evaporación de humedad superficial del combustible (Q 3):
212970.30.46( 212) W = cantidad de humedad/Lb de combustible. Q4 solo es significativo en combustibles sólidos. Por tanto: Q4 = 0. 8. Calor perdido por combustión incompleta (Q 5): Teniendo en cuenta las siguientes reacciones químicas de combustión
%% ×141503960×0. 8 5 . % 23
%% +% Cantidad
porcentual de CO en los gases de escape con
reacciones químicas de combustión de “C” y “O”.
141503960
Cantidad de calor en BTU al dejar de tener reacciones químicas de CO2 y haber obtenido en su lugar reacciones químicas a CO.
0.85 11.30.0.002002 ×141503960×0.8243 1.486 ..
Porcentajes en peso de “C” presente en el combustible.
9. Calor perdido por carbón no consumido y se halla presente en las cenizas:
14150× ̇ × Donde: Wa = peso de ceniza recolectada por unidad de tiempo. mc = peso de combustible quemado por unidad de tiempo. Ca = peso de combustible en cenizas, es asumido como carbono. Por tanto: Q 6 = 0. 10. Calor perdido al calentamiento de la humedad del aire ambiental: (Q 7)
Q M×CPV ×(T TBS) Lb.Btucomb
M = vapor de agua ambiental presente/ Lib. De comb. M=
24
. W .. × r / .
Donde:
W = relación de humedad con TBS y TBH en la carta sicométrica. Si: TBS = 74ºF; TBH = 65ºF.
0.019 .. de agua Lbs. d e ai r e 0.019 Lbs. dLbs.e vapor ×18. 7 9 de aire Lbs. de combustible de agua 0.357 Lbs.Lbs.ddeevapor combustible 0.46׺ 0.357 ×0.46498.274 69.66 . Entonces:
11. Calor perdido por radiación, convención y otros (Q 8):
= = Dónde:
22400 . 54. 6 . × . 12 . 0.0254 4965432572.845289.63675.1129.3623.1 7124/
25
Calculo del HP de caldera
∗/ HPC = − 34.35 12. Evaporación equivalente (Ee). E e
f c m c
Ec = (2995-440.1)/2170*1.108 = 1.31
13. Producción de caldero (P V). 1 Q1 x10 pies2 /HP % R 2 200 pies x 33500 BTU/h HP 5.12982
%R = 2.12
14. Representación grafica del balance térmico: QT
Q1
Q(KJ/Kg)
49413
32572.5
5289
3675.1
0
623.1
%ERROR
100
65.59
14.697
8.55
0
1.254
26
Q2
Q3
Q4
Q5
QQ6
Q7
Q8
0
129.3
7124
0
0.260
9.649
27
%ERROR 120 100 80 60 %ERROR 40 20 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
Q(KJ/Kg) 60000 50000 40000 30000
Q(KJ/Kg)
20000 10000 0 1
28
2
3
4
5
6
7
8
9
15. Eficiencia del generador (n):
5 % 32572. 49654 66 %
16. Grafica del flujo de agua vs el tiempo:
18.- Grafica del flujo del combustible vs el tiempo
29
7. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.
Para trabajar a la presión necesaria, el tiempo de calentamiento del vapor es alto. Al realizar la experiencia, el nivel del agua en el caldero esta por encima del nivel necesario para encender la bomba de agua, por lo cual esta tardo en encenderse.
El análisis de gases no pudo ser determinado durante la experiencia, por lo que se tomó valores estimados para las proporciones en los gases de escape.
Las pérdidas de calor que ocurren en el caldero se deben en mayor parte a las perdidas de calor por radiación, convección y otros, lo que nos indica el estado de uso y antigüedad del generador; así como también se puede deber a que el % exceso de aire es negativo en la primera toma, es decir, hay déficit de aire, lo cual
hace que la eficiencia sea de 66
Cuando el caldero trabaja a plena carga, el flujo de combustible permanece constante, a pesar de ello, la eficiencia aumenta.
30
