labo n_1.docx

INTRODUCCIÓN

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria.

Hasta principios del siglo XIX se usaron calderas para teñir ropas, producir vapor para limpieza, etc., hasta que Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se usó vapor para intentar mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse ésta dejaba de producir trabajo útil.Luego de otras experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica, ya que era un industrial inglés muy conocido.La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776. Inicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua, de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el nuestro.

Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas encontramos la baja velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por Kw. de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura.Dentro de los diferentes tipos de calderas se han construido calderas para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros. Vemos una caldera multihumotubular con haz de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir los gases de combustión caliente, pasan por el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos.

Grupo N°1 Página 1

ÍNDICE

OBJETIVO………………………………………………………………………………………………………….…pág. 3

FUNDAMENTO TEÓRICO………………………………………………………………………………….…..pág. 3

EQUIPOS Y MATERIALES……………………………………………………………………………………...pág. 12

CÁLCULOS Y RESULTADOS……………………………………………………………………………………pág. 17

RECOMENDACIONES…………………………………………………………………………………….……..pág. 26

CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………….………..pág. 26

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………………………………………pág. 27


OBJETIVO

Realizar un balance térmico del generador de vapor; estudio de su performance considerando la importancia de este en el Sector Industrial y Plantas Generadoras de Energía Eléctrica, teniendo en cuenta que del diagnostico dependen las medidas a tomar con miras hacia un bien y eficiente funcionamiento de la unidad.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Un grupo productor de vapor de agua es una combinación de aparatos que pueden constar de cualquiera o todos los siguientes: calderas, vapor, 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 0,7 a 0,25 kg/cm2), a causas de su forma como materiales y posibilidades constructivas. Las instalaciones industriales suelen emplear a baja presión relativas menores de 21 kg/cm2, 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 pública, calderas que trabajan a presiones relativas comprendidas entre 66 y 145 kg/cm2. De esta la más grande produce 544800 kg de vapor por hora a una presión relativa de 145 kg/cm2, y una temperatura de 537°C, pudiendo producir a esta temperatura vapor recalentado; la caldera de presión más baja produce, en cambio, 272400 de vapor por hora a 66,5 kg/cm2 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 está 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 central de construcción cuya caldera trabajara una presión relativa de 315 kg/cm2, si bien la tendencia actual es no pasar de 164,5 kg/cm2 y una temperatura del total del vapor de 592°C, recalentado a partir de 565°C.


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.

CALDERAS PIROTUBULARESEn estas calderas los gases calientes pasan por el interior de los tubos, los cuales se hallan rodeado 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 más grandes para producir vapor a presión relativamente baja destinado a calefacción y a producción de energía.

CALDERAS ACUOTUBULARESEn 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 el párrafo 101. 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 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 a 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 conveniente 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.

CALDERAS QUE TRABAJAN CON CALOR PERDIDOEn muchas industrias los gases de escape de algunos procesos de fabricación contienen suficiente calor para abastecer de vapor a dichas 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.

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE VAPOR DE LAS CALDERASLa producción de un generador de vapor se da frecuentemente en kilogramos de vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y temperaturas posea diferentes cantidades de energía, aquel sistema no mide exactamente la energía producida. La capacidad de una caldera de vapor se expresa más 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 = ms ( 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 titulo o temperatura observados en (kcal/kg).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 ms 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 máquina de vapor que empleaba 30 lb (13,62 kg) de vapor por HP hora a una presión relativa de 4.9 kg/cm2 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:

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.

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.


HP de caldera = ms ( h - hf )543,4 * 15,66

Las calderas (especialmente los pirotubulares) que trabajan a una presión relativa inferior a 16 kg/cm2 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, i se incierta 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 efusión del estaño es superior a la temperatura del vapor, e inferior a la temperatura de los gases calientes. El extremo pequeño del tapón está 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 pérdida de conductibilidad de 12% en los tubos de las calderas(hileras más 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 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 rápido y que son aplicables a las calderas acuotubulares y a las pirotubulares, y (2) de tipo de fresa


giratoria, los cuales abarcan la 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 está formado 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 toda la superficie 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.


ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA EN CALDERAS

Pérdida de calor asociada al exceso de aire.


Pérdida de calor asociada a la temperatura de los productos de las combustión


EQUIPOS Y MATERIALES

1. Caldera INTESA pirotubular:

Modelo: PTH-30-3-GLP Potencia: 30BHP

Superficie de calefacción: 150 pie2 Producción de vapor 212°F: 1035lb/h

Tipo de combustible: GLP Consumo de combustible máxima: 1260MBH

Presión de diseño: 150 psi Presión de trabajo: 15-125psi

Motores: 220/1Ф/60V/Ф/Hz. Controles: 110V/1Ф/60V/Ф/Hz

Año de fabricación: 2006 N° de serie: 11680306

2. Tanque de tratamiento del agua


3. Tanque de suministro de agua para el caldero

4. Termómetro del agua de alimentación


5. Barómetro del agua de alimentación

6. Motobomba del agua de alimentación

7. Cronómetro

8. Manómetro para medir la presión del gas


9. Flujómetro de placa con orificio para medir el flujo del gas

10. Termómetro para medir la temperatura del gas

11. Quemador y Ventilador


12. Caudalímetro de los gases de escape

13. Manómetro para medir la presión del vapor generado

14. Termocupla para medir la temperatura del vapor generado


CÁLCULOS Y RESULTADOS

Datos obtenidos:

NIVEL DE AGUA EN EL TANQUEH1= 2,8 cm H2= 3,2 cm H3= 2 cm

PRESION DE SALIDA EN LA CALDERA (TUBERIA)P1= 65,5 PSIG P2=75,6 PSIG P3= 74,3 PSIG

PRESION DEL CALDERO


P1= 101 PSI P2=104 PSI P3=102,5 PSITEMPERATURA DE SALIDA (TUBERIA)

T1= 311,7 °F T2=320,5 °F T3=319,4 °FTEMPERATURA DE SALIDA VAPOR

T1= 262 °C T2=265 °C T3=268 °CFLUJO DE VAPOR (LB/HR)

m1=1003,301 m2=995,112m3=972,161 TIEMPO DE ENCENDIDO Y APAGADO DE LA BOMBA

T1= 0 t1= 1’ 56’’ t2= 3’ 25’’ t3= 5’19’’ t4= 6’52’’ t5=8’19’’ t6=9’24’’ (t0, t2, t4, t6 t encendido; t1,t3,t5 t apagado)

TEMPERATURA DE SOBRECALENTAMIENTO HACIA LA BOMBA1ra =60 °C 2da = 80 °C= 82 °C = 92 °C= 90 °C = 100 °C

PRESION A LA SALIDA COMBUSTIBLE1ra = 6, 845 inH2O2da = 6,985 inH2O3era = 7,04 inH2O

ANALISIS DE GASESO2 = 6,5 % CO = 3366 ppm CO2= 9,5% NO = 51 ppm

DIAMETRO TUBERIA FLUJO COMBUSTIBLE∅ tub

ext=1 pulg

∅ tub∫¿=3/4 pulg¿

BALANCE ENERGÉTICO

ANÁLISIS DE LA COMBUSTION EN EL QUEMADOR DEL CALDERO

El combustible utilizado es el GLP y al analizar los productos de la combustión mediante el analizador digital se obtienen los siguientes resultados:

%CO2%CO%O2 %NO

9.5%0.3366%6.5%0.0051%

Nota:

Combustible GLP (70% propano y 30% butano)

Tomando 100 moles de productos secos se obtiene:


a [70C3H 8+30C4 H 10 ]+b [O2+3.76N 2 ]→9.5CO2+0.3366CO+6.5O 2+c N2+d H 2O+0.0051NO

Balance de carbono:

a (70 x3+30 x 4)=9.5+0.3366→ a=0.0298

Balance de hidrógeno:

a (70 x8+30 x 10)=2d→ d=12.8174

Balance de oxígeno:

2b=9.5 x2+0.3366+6.5x 2+d+0.0051→ b=22.5779

Balance de nitrógeno:

3.76 xb=2c+0.0051→ c=42.4438

(r a/ c )real=22.5779(32+105.28)0.0298(70x 44+30 x58)

=21.5788 Kg aireKg combustible

Ecuación de combustión Estequiometria:

[70C3 H 8+30C4H 10 ]+B [O2+3.76N 2 ]→ DCO2+E H 2O+F N 2

Balance de carbono:

70 x3+30 x 4=D → D=330

Balance de hidrógeno:

70 x8+30x 10=2 E → E=430

Balance de oxígeno:

2B=2D+ E → B=545

(r a/ c )teó rico=545 (32+105.28)(70 x 44+30x 58)

=15.5223 Kg aireKg combustible

Luego:

%Exceso de aire ¿(ra / c)real

(ra /c )te ó rico

x 100−100=39.018%

DETERMINACIÓN DEL FLUJO DE VAPOR


mV =(∑ mV

n )×t …………(1)

Dónde:

mv=Aeq ×∆ H . ρH 2O

∆ t… …….(2)

Aeq= Área equivalente de la sección recta del depósito de combustible

n = Número de tomas

t = Tiempo de prueba (seg)

Considerando la sección recta del cilindro constante; se tiene para la figura adjunta:

Área equivalente=100x60=600 cm2=0.6 m2

Reemplazando en (2) se tiene:

mv 1=0.6×0.028×1000

145=0.1159kg /seg

mv 2=0.6×0.032×1000

207=0.0927kg /seg

mv 3=0.6×0.020×1000

152=0.0789kg /seg

Por lo tanto en (I) se tiene:

mV =( mv 1+mv 2+mv3

3 )×t


mV =( 0.0857+0.0728+0.0783 )× (196.33 )=16.1Kg

DETERMINACIÓN DEL FLUJO DE COMBUSTIBLE

V GLP=√ ∆ hH 2O × ρH 2O

ρGLP

×2 gA1

2× A22

A12−A2

2 ….. (3)

Dónde:

∆ hH 2O=ca í da de presi ó nenel orificio(mH2O)

ρH 2O=1000 kgr

m3

ρGLP=1.845kgr

m3

g=9.81m

s2

A1=Area de latuber í a p ducto

A2=Area del orificio

d1=diá metro de latuber í a(1 ¨ )=0.0254m

d2=diá metro del orificio(0.5 ´ ´ )=0.0127m

V GLP=(∑ V GLP

m )× t (m3 ) …… ..(4)

Reemplazando los datos en (3) se tiene:

V GLP1=√ 6.845×0.0254×10001.845

×2×9.810.00050672×0.00012662

0.00050672−0.00012662=0.005622m3 /seg

V GLP2=√ 6.985×0.0254×10001.845

×2×9.810.00050672×0.00012662

0.00050672−0.00012662=0.00568m3 /seg

V GLP2=√ 7.04×0.0254×10001.845

×2×9.810.00050672×0.00012662

0.00050672−0.00012662=0.005701m3 /seg

Reemplazando en (4) se obtiene:


V GLP=( 0.005622+0.00568+0.0057013 )×168=0.952m3

CÁLCULO DEL CALOR ÚTIL(Q1)

Considerando el ciclo siguiente para el generador de vapor:

Q1=mv

V GLP

× (h2−h1 )…….(5)

Donde:

h2=(hg|71.8 psi )=2747.35 KJKg

=656.1936Kcal / Kg

Para T=33 °C y P=71.3 psi (tabla termodinámica)

h1=137.725 KJKg

=33.134Kcal / Kg

Reemplazando en (5) se obtiene:

Q1=16.10.952

× (656.1936−33.134 )=10537.0375Kcal /m3

CALOR PERDIDO EN LOS GASES DE ESCAPE (Q2)

Q2=V gases ×Cpg× (T g−TBS )…………(6)Dónde:

Vgases =Volumen de los gases de escape (m3)


Cpg = calor específico de gases = 0.3997 Kcal/m3°KTg = temperatura de salida de los gases ºCTa = temperatura de bulbo seco (TBS) ºC=19.44 ºCC = cantidad de Carbono en el combustible

Además:

V GASES=√ ∆ hH2O × ρH 2O

ρGASES

×2 gA1

2× A22

A12−A2

2 … ..(7)

∆ hH 2O=ca í da de presi ó nenel orificio(mH2O)

ρH 2O=1000 kg

m3

ρGASES=0.74207kgr

m3

g=9.81m

s2

A1=Area de latuber í aescape

A2=Area del orificio

d1=diá metro de latuber í a(12 ¨ )=0.3048m

d2=diá metro del orificioasumido (6 ´ ´ )=0.1524m

V GASES=(∑ V GASES

m )×t ( m3 ) …… ..(8)

Para el cálculo de la densidad de la mezcla utilizamos la ecuación de Clapeyron [1]:

ρGASES=M GC

22.4×[T × P0P ×T 0

]Dónde:

M GC=9.5× (46 )+0.3366× (30 )+6.5× (32 )+42.4438× (28 )+0.0051 x (30)

9.5+0.3366+6.5+42.4438+0.0051=31.3628

KgKmol

Reemplazando en la ecuación de Clapeyron:

Considerando Pgases=101.6 kPa (asumido)

Luego se tiene:


ρGASES=31.3628

22.4×[ 538×101300101600×292.594 ]

=0.7637Kg /m3

Reemplazando en la ecuación (7) se tiene:

V GLP1=√ 0.14×0.0254×10000.7637

×2×9.810.0728222×0.01824142

0.0728222−0.01824142=0.18m 3/seg

Por lo tanto:

V GASES=0.18×218=39.26m3

Reemplazando en la ecuación (6) se tiene:

Q2=39.26×0.3997× (265−19.44 )=3853.382 Kcalm3

CALOR PERDIDO POR EVAPORACIÓN DEL AGUA DE FORMACIÓN (Q3)

Q3=9H [ (100−T C )+322.4069+0.3997 (T g−100 ) ] Kcal

m3

Dónde:

9H = cantidad de agua formada considerando que 1 Kg de H2 es capaz de formar 9 Kg de H2O

H’ = cantidad de H2 en el combustible (17.84%)

H=0.1764H’/m3comb=0.031469

Entonces reemplazando se obtiene:

Asumiendo: Tc=20.8ºC (temperatura del combustible)

Q3=9×0.031469 [ (100−20.8 )+322.4069+0.3997 (265−100 ) ]

Q3=132.422Kcalm3

CALOR PERDIDO POR EVAPORACIÓN DE HUMEDAD SUPERFICIAL DEL COMBUSTIBLE (Q4)

Q4=w (212−TC )+970.3+0.46 (T g−212 )

W = cantidad de humedad/lb de combustible.


Q4 solo es significativo en combustibles sólidos.

Por tanto: Q4 = 0.

CALOR PERDIDO POR COMBUSTIÓN INCOMPLETA (Q5)

Teniendo en cuenta las siguientes reacciones químicas de combustión

Q5=%CO

%C O2+%CO×2367.88C Kcal /m3

C=0.8236×C '

m 3comb

C=cantidad de carbono en el combustible (82.15%), Reemplazando datos se obtiene:

Q5=0.3366

9.5+0.3366×2367.88 (0.8236×0.8215 )=54.82Kcal /m3

CALOR PERDIDO POR CARBÓN NO CONSUMIDO Y SE HALLA PRESENTE EN LAS CENIZAS (Q6)

Q6=14150×W a

mc

×Ca

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: Q6 = 0.

CALOR PERDIDO AL CALENTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL AIRE AMBIENTAL (Q7)

Q7=( V GASES−V GLP ) ×CPV × ( T g−TBS ) × 1V GLP

( Kcal

m3 )Dónde:

CPV =Calor específico del vapor=0.2664 Kcal

m3° K

TBS: Temperatura de bulbo seco=19.44 ºC


Reemplazando en la ecuación anterior se tiene:

Q7= (39.26−.952 ) ×0.2664× (265−19.44 ) × 1.952

=2632.3545( Kcal

m3 )

CALOR PERDIDO POR RADIACIÓN, CONVECCIÓN Y OTROS(Q8)

Q8=PC GLP−∑i=1

i=7

Qi

Dónde:

PCGLP=22400Kcal

m3

Q8=22400−(2632.3545+54.82+132.422+3853.382+10537.0375)¿

Q8=5189.984Kcal

m3

EFICIENCIA DEL GENERADOR(n):

nT=Q1

PCGLP

nT=10537.037522400

=47.04%


RECOMENDACIONES

Se debe regular la entrada de aire al quemador, aumentando el flujo para lograr que la combustión tienda a ser completa.

Limpiar el interior de la caldera para remover las incrustaciones de hollín y material refractario que disminuyen la eficiencia de la transferencia de calor al agua.

Se recomienda esperar unos minutos antes de la toma de datos para dejar que el sistema se estabilice.

Sería buena idea el uso de los purgadores, que 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 los lodos, sedimento y espumas.

CONCLUSIONES

La eficiencia final de 47.04% es una buena eficiencia en comparación a otras máquinas térmicas.

Las pérdidas de calor que ocurren en el caldero se deben en mayor parte a las pérdidas de calor en los gases de escape, y por evaporación del agua en formación.

Cuando el caldero trabaja a plena carga, el flujo de combustible aumenta, es decir, que se consume más combustible, por tanto las condiciones de funcionamiento en este caso no son óptimas ya que aunque se consume mayor cantidad de combustible la eficiencia no aumenta por el contrario disminuye.

El Diagrama de Sankey es una forma práctica y sencilla de mostrar la distribución de las potencias de entrada y salida.


BIBLIOGRAFÍA

Manual de laboratorio de ingeniería mecánica

Postigo Barrio de Mendoza, Jaime TERMODINÁMICA APLICADACruz, Juan F. 2da. Edición

W.H. EDITORES Lima – Perú.

Shapiro, Ascher TERMODINÁMICAEditorial the Ronald Press, Co (New York) 1963

http://www.repsol.com/imagenes/pe_es/glp__168181_tcm18-208366.pdf


http://www.repsol.com/imagenes/pe_es/glp__168181_tcm18-208366.pdf

labo n_1.docx

Documents