MEMORIA DE CÁLCULO PARA PARA EL DISEÑO DE CALDERAS
A continuación se presenta el procedimiento para calcular las dimensiones dimensiones y características de la caldera de alta presión a partir de los requerimientos energéticos energéticos de las diferentes áreas de producción y los datos obtenidos para la caldera de baja presión. CALDERA DE ALTA PRESIÓN:
Definición de condiciones iniciales: CARACTERÍSTICA
Flujo másico Presión trabajo Presión ingreso T ingreso agua
VALOR
25307 20.39 1 90
UNIDADES
kg/h kgf/cm² kgf/cm² °C
Cálculo de potencia de la caldera:
Para realizar este cálculo es necesario partir del domo termodinámico para apreciar el recorrido de la corriente y calcular las correspondientes correspondientes propiedades; así, para la presión de salida establecida, se tiene una temperatura de saturación de 250°C. De esta forma se tienen las siguientes propiedades termodinámicas: ENTALPÍAS
h salida @250°C h entrada @90°C hfg referencia @0°C
VALOR
UNIDADES
451 Kcal/kg 90 Kcal/kg 597 Kcal/kg
( ) Para establecer un sistema de seguridad, se sobredimensiona so bredimensiona dicha potencia, dejando así como potencia de diseño el valor de 1000 HP B y con esto se recalcula el caudal de vapor a tratar, asi:
) ( ( )
-
Cálculo de dimensiones y áreas de tubos: Longitud de tuberías:
Para la estimación de la longitud de las tuberías, se utilizó una heurística propuesta por expertos en el diseño de calderas donde se calcula dicha longitud a partir de la potencia requerida por la caldera, asi:
Ya que es una longitud muy larga, se decidió dividir en 4 este valor y relacionarlo con la cantidad de tubos posteriormente:
Se eligió utilizar tubería en acero al carbón, con un di ámetro nominal de 2 ½” equivalente a 0,07303 m con el cual se calcula el área de cada tubo.
-
Área de calefacción:
El área donde se ubican los tubos, llamada área de calefacción cuenta con unas heurísticas de diseño y al igual que el largo de la tubería, se encuentra en función de la potencia de la caldera.
-
Número de tubos:
Se establecen a partir de la relación entre el área de calefacción y el área de transferencia de calor de cada tubo calculada anteriormente.
Como se especificó anteriormente, debido a la reducción de longitud que se realizó en el cálculo de la tubería, el valor obtenido aquí debe multiplicarse por 4 para compensar dicha reducción, entonces:
Arreglo de tuberías: Tanque de agua:
Para la estimación del tanque de agua, es necesario calcular el flujo volumétrico
Con este caudal se estima el volumen que debe asegurarse en un tiempo específico, en este caso una hora, por lo cual se tiene un volumen de 25,53 m 3. Dicho volumen corresponde al 70% de la capacidad del tanque pues debe dejarse una fracción de vacio equivalente al 30%.
Ahora, se establece la relación de longitud contra diámetro con un valor de 3, y se procede a calcular el diámetro del tanque:
Reemplazando L :
√ √ CALDERA DE BAJA PRESIÓN: CARACTERÍSTICA
VALOR
UNIDADES
Flujo másico Presión trabajo Presión ingreso T ingreso agua
26635 3.06 1 90
kg/h kgf/cm² kgf/cm² °C
Características termodinámicas: ENTALPÍA
VALOR
h salida @ 134°C 517 h entrada @ 90°C 90 hfg referencia@0°C 597.27
UNIDADES
Kcal/kg Kcal/kg Kcal/kg
Potencia de caldera: CARACTERÍSTICA
VALOR
Potencia calculada 1232 Potencia de diseño 1479 Flujo de diseño 31962
UNIDADES
HPB HPB Kg/h
Cálculo de tuberías: CARACTERÍSTICA
VALOR
Longitud de tubos por heurística Longitud corregida Diámetro de tubería elegida Área de tubo Área de calefacción Número de tubos Número de tubos corregido
71,3 17,8
UNIDADES
m m 0,07303 (2 ½”) m 16,35 m2 687,6 m2 42 168
Tanque de agua: CARACTERÍSTICA
VALOR
UNIDADES
Flujo volumétrico de agua Volumen de agua Volumen del tanque Diámetro Longitud
32,0 32,0 45,7 6,47 19,4
m3/h m3 m3 m M
