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Año de la diversificación productiva y del fortalecimiento de la educación.
2015
PROYECTO DE CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA- ANALISIS ENERGETICO DEL SISTEMA DE VAPOR, COMBUSTIBLE Y TRATAMIENTO DE AGUA DE LA EMPRESA AGROINDUSTRIAL CAMPOSOL
CURSO:
CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA
PROFESOR:
GUAYAN HUACCHA, ELI
CICLO:
X
ALUMNOS:
CACHIQUE QUITO CRISTIAN WILLYS JULCA ULLOA JESUS ALBERTO ORBEGOSO JARA JULIO ALBERTO PALMA MENDOZA JUAN DANIEL
CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA
INDICE
INTRODUCCIÓN..........................................................................................................3I. OBJETIVOS..........................................................................................................4II. FUNDAMENTACION TEORICA...............................................................................4III. METODO Y ESQUEMA EXPERIMENTAL.................................................................5IV. DATOS DE OPERACIÓN........................................................................................6V. ANALISIS DEL SISTEMA ENERGETICO..................................................................7
5.1 LINEA DE VAPOR..........................................................................................75.1.1 LA CALDERA..........................................................................................75.1.2 LAS TUBERIAS DE VAPOR......................................................................75.1.3 CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERIAS..............................75.1.4 DRENAJES..............................................................................................75.1.5 CALCULO DE VELOCIDADES..................................................................75.1.6 CALCULO Y SELECCIÓN DE BOMBAS.....................................................75.1.7 CALCULO Y SELECCIÓN DE VENTILADORES...........................................75.1.8 DISPOSITIVOS DE CONTROL, MANOMETROS, CAUDALIMETROS, SENSORES...........................................................................................................7
5.2 LINEA DE COMBUSTIBLE...............................................................................85.2.1 TIPO DE COMBUSTIBLE UTILIZADO........................................................85.2.2 CARACTERISTICAS FISICO QUIMIZAS DEL COMBUSTIBLE......................85.2.3 CAPACIDADES Y DIMENSIONAMIENTO DE TANQUES Y DEPOSITOS DE ALMACENAMIENTO..............................................................................................85.2.4 CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS LINEAS DE TRANSPORTE DE COMBUSTIBLE......................................................................................................85.2.5 CALCULO DE CALENTADORES DE COMBUSTIBLE..................................85.2.6 CALCULO Y SELECCIÓN DE QUEMADORES............................................8
5.3 LINEA DE TRATAMIENTO DE AGUA...............................................................95.3.1 OBTENCION DEL AGUA, VOLUMENES, TANQUES Y DEPOSITOS.............95.3.2 MECANISMO DE TRATAMIENTO DEL AGUA............................................95.3.3 ETAPAS..................................................................................................95.3.4 CALCULO DE ABLANDADORES..............................................................95.3.5 CALCULO DE TIBERIAS..........................................................................9
VI. ESQUEMAS Y GRAFICOS................................................................................106.1 LINEA DE VAPOR........................................................................................106.2 LINEA DE COMBUSTIBLE.............................................................................116.3 LINEA DE TRATAMIENTO DE AGUA.............................................................12
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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA
VII. CONCLUSIONES.............................................................................................13VIII. MAPA MENTAL DEL TEMA DESARROLLADO....................................................14IX. BIBLIOGRAFIAS..............................................................................................15X. ANEXOS.............................................................................................................16
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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA
INTRODUCCIÓN
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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA
I. OBJETIVOS
II. FUNDAMENTACION TEORICA
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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA
III. METODO Y ESQUEMA EXPERIMENTAL
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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA
IV. DATOS DE OPERACIÓN
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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA
V. ANALISIS DEL SISTEMA ENERGETICO
5.1 LINEA DE VAPOR
5.1.1 LA CALDERA
5.1.2 LAS TUBERIAS DE VAPOR
5.1.3 CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERIAS
5.1.4 DRENAJES
5.1.5 CALCULO DE VELOCIDADES
5.1.6 CALCULO Y SELECCIÓN DE BOMBAS
5.1.7 CALCULO Y SELECCIÓN DE VENTILADORES
5.1.8 DISPOSITIVOS DE CONTROL, MANOMETROS, CAUDALIMETROS, SENSORES
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5.2 LINEA DE COMBUSTIBLE
5.2.1 EQUIPOS Y DATOS DE OPERACIÓN.
TABLA 5.2.1: Datos de consumo de vapor y combustible de los calderos pirotubulares.
POTENCIA DE
CALDEROS
FLUJO DE VAPOR (Kg/hr)
1BHP=15.66kg/hr
FLUJO DE VAPOR (Kg/s)
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
(Gl/hr)*
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
(Kg/hr)**
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
(Kg/s)
800 BHP 6264 1.74 114.2857 413.7143 0.1149900 BHP 7047 1.9575 128.5714 465.4286 0.1293
* 1m3= 264.18 Gl** 1 Gl/hr 3.5 BHP
TABLA 5.2.2: Datos de la caldera de 800 BHP.
CARACTERÍSTICAS DELQUEMADORMARCA VORYFLOWMODELO 800 BHP3HGTIPO DUALOPERACIÓN MODULADACOMBUSTIBLE ACEITE No.6Y GASNATURALCONSUMODECOMBUSTIBLE 72Gl/hr (ACEITENo 6)– 842.1m3/hr (GN )SISTEMADE IGNICIÓN BUJÍA ELÉCTRICA PARA ALTOVOLTAJEVENTILADOR AIREDETIROFORZADO(MOTOR ELÉCTRICO)PRECALENTAMIENTODECOMBUSTIBLE ELÉCTRICOY VAPOR
TABLA 5.2.3: Datos de presiones y temperatura de los calderos pirotubulares.
PARAMETRO VALOR UNIDAD
Temperatura de combustible 80 °C
Temperatura de los gases residuales 205.9 °C
Temperatura del aire de entrada 29.4 °C
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MOTOR DEBOMBADECOMBUSTIBLE PARAC 3MARCA SIEMENS– 1700RPM – 2HP
AMPERAJE 3.5 PARA 440VOLTIOSCONEXIÓN INTERNA DIAGRAMACON ALTOVOLTAJE 440V CON SU RESPECTIVATIERRA
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5.2.2 CARACTERISTICAS FISICO QUIMICAS DEL COMBUSTIBLE
V.2.2.1 COMPOSICION:
El Petróleo Industrial N°6 está constituido por una mezcla de hidrocarburos derivados del petróleo, en el rango aproximado de C12 a C50, presenta alta viscosidad.
I.2.2.1 PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS:
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CARACTERISTICA VALOR
Apariencia, color, olor Líquido viscoso, color marrón oscuro a negro y olor característico
Gravedad API a 15.56°C(60°F) 11.5 °API
Gravedad especifica a 15.6/15.6°C 0.95 – 0.99 aprox.
Viscosidad cinemática a 50° 81 – 640 cst
Punto de escurrimiento 24°C
Punto de inflamación 60°C (min.)
Límites de inflamabilidad, % vol. en aire
1 a 5 aprox.
Punto de autoignición, °C 407 aprox.
Solubilidad en agua Insignificante.
Densidad, kg/m3 956.407
Calor especifico CP, KJ/kg °C 2.75
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5.2.3 CAPACIDADES Y DIMENSIONAMIENTO DE TANQUES Y DEPOSITOS DE ALMACENAMIENTO
Figura 5.2.1. 1: Diagrama del sistema de combustible de las calderas pirotubulares.
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5.2.4 CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS LINEAS DE TRANSPORTE DE COMBUSTIBLE
FIGURA 5.2.2. Diagrama de entrada de aire y combustible a la caldera
CALCULO DE ENTALPIAS
Punto Entalpia especifica (kJ//kg)=Cp(Kj/kg).T(°C)
Estado del fluido
1 1.008(29.4) =29.635 Aire a temperatura ambiente2 2.75(80) =220 Combustible precalentado3 1.11328(205.9) =229.224 Gases residuales de calderos
PODER CALORIFICO DE COMBUSTIBLE
El poder calorífico lo obtenemos de la siguiente expresión:
PCS=18320+40 (° API−10 )[ BTULb ]PCI=PCS−1030 [ BTULb ]
Donde:
PCS=18320+40 (11.5−10 )=18380 BTULb
PCI=18380−1030=17350 BTULb
Conversión de BTULb a
kJkg :
PCS=42748.898 kJkg
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PCI=40353.285 kJkg
CALCULO DE LA RELACION AIRE COMBUSTIBLE DE CALDEROS:
Qtotal=mcble (PCI+hcble )+mair hair=Qutil+Q purgas+mgr (hgr )
CALCULO DEL HOGAR DE LA CALDERA:
El hogar es un tubo cuyo diámetro debe estar entre un 40% y 45% del diámetro del espejo, la posición de este tubo en el espejo depende exclusivamente del diseño, es decir que se pueda subir o puede bajar a lo largo del eje vertical, de tal forma que se asegure que sobre el mismo existan dos filas de tubos y tenga el área para acumulación de vapor.
∅ hogar=42.5%∗Despejo ∅ hogar=0.425∗114 Pulg . ∅ hogar=48.45 Pulg . CALCULO DEL COMBUSTIBLE NECESARIO PARA LA CALDERA
ParámetrosCombustible Residual 6Poder Calorífico Inferior 40 353.28 kJ/KgDensidad 920 Kg/m3Temperatura 29.4°C
Calor que necesito para elevar la entalpía del punto 1 al 2:
q=ms (hsale−hentra )
˙qnec=790Kgh
∗(653.9 KcalKg
−70 KcalKg )
˙qnec=461138.79KcalKg
Calor que debe dar el combustible
q fuel=mfuel∗Cp mcombustible=
q fuel
Cp
Balance de energía calórico
ms (hsale−hentra )=mfuel∗Cp 12
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mfuel=ms (hsale−hentra)
Cp
mfuel=461138.79 Kcal
Kg
7200 Kcalkg
mfuel=64.04
Kgh
q fuel=64.04
Kgh
∗7200 Kcalkg
˙qnec=461138.79
KcalKg
Caudal volumétrico del combustible
Qfuel=mfuel
ρfuel
Qfuel=64.04 Kg
h
920 Kgm3
Qfuel=0.0696m3
h=69.6 lit
h
Qfuel=0.06963.75
galones /h
Qfuel=18.54GPH
Para tener una certeza de que el combustible pueda cubrir cualquier demanda se coloca un factor de seguridad de entre 200% y 300% por recomendación de alimentación de las casas comerciales de modo que:
Qfuel=18.54GPH∗2
Qfuel=37.08GPH ≅ 40GPH
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5.2.5 CALCULO DE CALENTADORES DE COMBUSTIBLE
CALENTADOR DE VAPOR DE CALDERA 800 BHP:
El calentador de vapor, utiliza el mismo vapor producido por la caldera mediante una derivación que se le hace a la salidad de la tubería de vapor, como se muestra en la figura
Figura 5.2.3: Calentador de combustible (Utiliza el mismo vapor de caldera)
Las propiedades de los fluidos que intervienen son las siguientes:
Punto
Temperatura Entalpia especifica (KJ/Kg)
Estado del fluido
4 178.2431 °C (9.632bar)
2 776.5536 Vapor saturado (Agua)
5 178.2431 °C(9.632bar)
755.4534 Liquido saturado (Agua)
6 65 °C 178.75 Combustible a la entrada del calentador7 85°C 233.75 Combustible a la salida del evaporador
mcble=0.1149kg /s
mvapor=?
Haciendo un balance de energía en el intercambiador de calor:
mcble (h7−h6 )=mvapor (h4−h6 )
0.1149 (233.75−178.75 )=mvapor (2776.5536−755.4534 )
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mvapor=3.1268 x 10−3kg/ s
CALOR QUE APORTA EL CALENTADOR ELÉCTRICO:
Qcalentador=0.1149 (233.75−178.75 )=6.3195KW
RESUMIENDO PARA LAS DOS CALDERAS:
Caldera Pirotubular Qcalentador [KW] mvapor [Kg/s]800 BHP-03 6.3195 3.1268900 BHP-04 7.1115 3.5186
5.2.6 CALCULO DE PERDIDAS DE PRESION EN LAS TUEBERIAS DE CALDERAS.
Las
5.2.7 CALCULO Y SELECCIÓN DE QUEMADORES
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5.3 LINEA DE TRATAMIENTO DE AGUA
5.3.1 OBTENCION DEL AGUA, VOLUMENES, TANQUES Y DEPOSITOS
5.3.2 MECANISMO DE TRATAMIENTO DEL AGUA
5.3.3 ETAPAS
5.3.4 CALCULO DE ABLANDADORES
5.3.5 CALCULO DE TIBERIAS
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II. ESQUEMAS Y GRAFICOS
6.1 LINEA DE VAPOR
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6.2 LINEA DE COMBUSTIBLE
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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA
6.3 LINEA DE TRATAMIENTO DE AGUA
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III. CONCLUSIONES
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IV. MAPA MENTAL DEL TEMA DESARROLLADO
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V. BIBLIOGRAFIAS
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VI. ANEXOS
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