Balance Termico de Una Caldera

 

 

Pág.

1. introducción

2

2. Marco teórico

3

3. objetivo general

4

4. Equipos e instrumentos

4

5. Procedimiento - esquema de la instalación

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6. Cálculos

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7. Graficas

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8. Conclusiones y recomendacio recomendaciones nes

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9. Bibliografía

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10. anexo

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RESUMEN

En esta experiencia vamos a realizar el balance té térmico rmico de un caldero, que consiste en igualar la energía calorífica que entrega el combustible con la energía que es aprovechada por el agua más las pérdidas del sistema….. 

INTRODUCCION Los generadores de vapor, que todavía se conocen más por calderas, son intercambiadores de calor cuya finalidad es convertir el agua en vapor a una presión y temperatura determinada . Existen muchos pasos en el funcionamiento funcionamiento de un generador de vapor, pero básicamente, el agua entra al tambor principal a una temperatura menor menor que la de saturación. Luego pasa este tambor a un banco de tubos donde es calentada hasta alcanzar su punto de saturación y  

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se produce evaporación. Los gases gases calientes que son son utilizados para calentar y evaporar evaporar el agua puede prevenir de la quema de combustible en el hogar de la caldera, o ser el escape de alta temperatura proveniente de un motor diesel o de una turbina de gas. Al diseñarse una caldera, se debe tener en cuenta que tenga una superficie lo suficientemente grande, como para permitir una buena transferencia de calor para que la combustión se realice de la forma más eficiente posible y también de un modo tal, que las perdidas en calor sean lo más pequeñas, para así, obtener el máximo rendimiento. Con respecto a la operación de la caldera, es importante realizar el Balance Térmico, el cual consiste en saber la distribución del calor resultante de la combustión del combustible.

MARCO TEÓRICO Las Calderas son máquinas generadoras de vapor. Existen de diferentes tipos y características; para variados usos. Entre ellas tenemos: CL SIFIC CION

a.- Por la presión de trabajo:  

3

 

- De alta presión: Usados básicamente en generación de Potencia, de trabajo arriba de los 100 psi. - De baja presión:  presión:   Usados básicamente en procesos Industriales, pequeñas plantas de generación de potencia. Presión de trabajo por debajo de los 100 psi. b.- Por la posición de los gases y el agua: - Pirotubulares: Los gases producto de la combustión van por el interior de los los tubos; mientras que el agua por por el exterior a estos. estos. - Acuotubulares: Los gases van por el exterior exterior de los tubos y el agua por el interior de estos. c.- Por la posición de los tubos:

CALDERA PIROTUBULAR 1

- Verticales. - Horizontales. - Inclinados.

CALDERA PIROTUBULAR 2 

Objetivos generales

 

4

 

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. Objetivos específicos Determinar la eficiencia de la caldera, las pérdidas de energía que se producen durante su funcionamiento y representar el Balance térmico de la Caldera, en un Diagrama de Sankey

IV. MATERIALES Y METODOS 4.1. MATERIALES Caldero pirotubular de tubos concéntricos

Tanque de condensado Bomba de agua de alimentación Tanque hidroneumático Calentador de agua Tanque de combustible Quemador Colector de vapor  

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4.2. METODOS

Procedimiento

•

Antes de prender la unidad de generadora de vapor debemos de tener en cuenta que tenga los requerimientos mencionados por el profesor.

 

•

a la presión de 70 psi, utilizamos un tiempo de prueba de 20 min.

 

•

Tomamos los valores del flujo de vapor

•

Medimos tempera temperatura tura de bulbo sec seco o y húmedo, la temperatura temperatura de combustible y la temperatura temperatura del agua

•

También debemos de tener en cuenta el consumo de combustible

1

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5

 

Toma de datos Análisis y metodología del cálculo Se utilizaran dos métodos para obtener la eficiencia de la caldera: 1.- método directo. Se requieren 5 datos de prueba , con 3 de ellos se obtiene la variación de entalpia y después se obtiene la eficiencia solo al utilizar una ecuación. 2.- método indirecto. Analiza la energía que se pierde. Se evalúan el calor absorbido a bsorbido por el agua o calor útil y las diversas perdidas de calor que existen en el funcionamiento de la caldera.  

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ESQUEMA DE INSTALACION 1 

METODOLOGIA DEL CÁLCULO Calculo de la eficiencia de la caldera a)  Método directo

  ;         ̇   ∗ 100% 0%  ∗  ∗10  

Calor útil: Q 1

   ̇̇  ∗ (ℎ − ℎ )

 

 

7

 

 

ℎ  ℎ        ℎ  ℎ            

 

Forma practica

ℎ  4.19 ∗ (  ) ∘() 

 

 

b)  Método indirecto

     ;      −∑    ∗100%

 

CALCULO DE PERDIDAS A)  PERDIDAS D CALOR POR FORMACION DE AGUA EN LA COMBUSTION :Q 2 

  9 ∗ ̇ ̇  ∗(4.18(100−) +2257 +1.8723(−100)) Tc = temperatura del combustible (ºC). Tg = temperatura de gases (ºC).

B)  Perdidas de calor por combustión incompleta :

 

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

 

 

 

 

  % ]       2369 2369535333 ∗  ∗∗[[% % ++% %      ̇̇  ∗ ( − )  + % + 70 0) ̇̇    ((4% 3(% 3(% + %)

C)  PERDIDA DE CALOR POR GASS DE ESCAPE :

 

 

 

 

D)  PERDIDA DE CALOR EN EL CALENTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL AIR:

 ∗1.8723( −  )    ̇  ̇ ̇     ̇    ∗ ̇    ∗ ⁄   ̇  ̇  ̇  :ℎ ⁄    % %   3.06% ++% % ∗ 

 

 

 

 

%  10100 − (% + % + %)

 

E)  PERDIDAS DE CALOR NO CALCULADO :Q b 

=

   −   =

TOMA DE DATOS  

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

 

 

P caldera=45 Psi TBS= 23.5ºC TBH= 21 ºC Tagua= 88 ºC

̇  429  ̇   413   

 

  ̇̇    399 384  

d tanque=67cm Tg=154 ºC ∆h=22mm

t= 20 minutos Datos del combustible D-2 : PC=45329Kj/Kg Tc=25 ºC

  876/3

 

Cálculos CALOR UTIL 

   ̇̇  ∗ (ℎ − ℎ ) ℎ  4.19 4.19 ∗ 88  336868..72   

 

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Con T=154 Cº y P=4.11 bar 59.5 psi

  vapor sobrecalentado

ℎ  2760.91 

̇    ̇  + ̇  +4 ̇  + ̇    ∗ 0.0022 ̇̇    406. 2 5   ∗ ∗0. 0. 6 67 7 876 ∗∗  4   22 ∗  601   ̇   20.384   876 20 25 ∗(2760.91−368.72)    406. 20.384

 

 

 

 

   . . 

 

 ∗100%   20.  . 384∗45329   35.8%

 

 

CALCULO DE PERDIDAS A)  PERDIDAS D CALOR POR FORMACION DE AGUA EN LA COMBUSTION :Q 2 

  9 ∗ ̇ ̇  ∗(4.18(100−) +2257 +1.8723(−100)) ̇   0.15 ̇   

 

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  25    154   

 

  . .  / /    236 23695953333∗∗  ∗ [%   %     % ++% %]    . .  / /     ̇̇  ∗ ( − ) ̇    ( (4% + % + 700  ) 3(% + %) ̇  3(%

 

B)  PERDIDAS DE CALOR POR COMBUSTIÓN INCOMPLETA :

 

 

 

C)  PERDIDA DE CALOR POR GASS DE ESCAPE :

 

 

 

̇   0.85(4∗9+8.9+700 5(4∗9+8.9+700 3(0.002+9)   ) ̇   25.43 ̇    1.0035    ̇̇  ∗ (154−23.5)  

 

 

 

  . . / /

 

D)  PERDIDA DE CALOR EN EL CALENTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL AIRE: AIR E:

 ∗1.8723( −  )    ̇  ̇ ̇     ̇    ∗ ̇   ∗ ⁄   ̇  ̇  ̇   3.06%  ∗  ⁄    % +% ⁄   23.69  

 

 

 

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  

 

%  100 100 −−((8.9 + 9 + 0.02) %  82%  

 

De la carta psicometrica

  0.015 ̇    0.35535 ̇    0.3553 55355 ∗∗1.1.87723( 23( − )   0.355553535 ∗∗1.1.872723(1 3(15454−− 23.55))   . .  / /  

 

 

 

 

E)  PERDIDAS DE CALOR NO CALCULADO :Q b 

=

6   −   = 6  45329 − 1 − 2 − 3 − 4 − 5  

 

6  453 4532929 − 1 1−− 36360606.6.66666−− 4444.6.65858−− 33333030.4.411 − 86.8 86.822

 

 

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  18249/

 

DATOS ASUMIDOS C=0.85 CO2=9% CO=20 ppm 0.002% O2=8.9%

Diagrama de sankey

 /

PC =45329

 

Q1=18249.937

Q2=

 

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 /

 . /

 

 

 

 . . / / ./ Q3=

Q4=

Q5= Q6=2001  

Q=18131.54

 

 

 

 . .  / /

/

 

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se puede apreciar que la pérdida de calor por los gases de escape escape y por combustión incompleta son las mayores a todas las demás perdidas

Recomendaciones Es necesario verificar y rectificar los equipos e instrumentos de laboratorio; para asi realizar los ensayos y obtener de ellos resultados congruentes. Para realizar una buena toma de datos se deberia de trabajar a mayores presiones

BIBLIOGRAFÍA DANTE GIACOSA

Combustión

POSTIGO J

TERMODINAMICA APLICADA

Ugarte P. F

Termodinámica 2

ANEXO http://www.indecopi.gob.pe/normas/321.139.pdf    

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http://documentos.arq.com.mx/Detalles/3735.html   http://documentos.arq.com.mx/Detalles/3735.html http://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro_de_bulbo_h%C3%BAmedo  http://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro_de_bulbo_h%C3%BAmedo 

DIAGRAMA DE MOLLIERE 1

 

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