Diseño de Una Caldera Pirotubular de Vapor Saturado Humedo

DISEÑO DE UNA  CALDERA  PIROTUBULAR DE  VAPOR SATURADO HUMEDO

1

SISTEMAS ENERGETICOS

INDICE INTRODUCCIÓN:

4

 ANTECEDENTES  ANTECE DENTES: :

5

REALIDAD PROBLEMÁTICA:

6

OBJETIVOS:

7

OBJETIVO GENERALES:

7

OBJETIVO ESPECIFICOS:

7

DESARROLLO:

7

COMPONENTES DE UN GENERADOR DE VAPOR:

7

1. CLASIFICACIÓN DE LOS CALDEROS:



!" P#$ %! &'()#('*'+, &- %#( %/'&#(:  0" P#$ -% -*!,'(# -*!,'(# &- 2$!,('(' 2$!,('('+, +, &- *!%#$: *" P#$ -% 2')# &- *#0/(2'0%- -)%-!&# : &" P#$ %! )$-('+, &- 2$!0!3#: -" P#$ -% 2'$# 1.1 1.

C!%&-$!( P'$#2/0/%!$-(. C!%&-$#( A*/#2/0/%!$-(

1. 1. 

PRES PR ESIÓN IÓN  TEM TEMPE PERA RATU TURA RA DE TR TRAB ABAJ AJO O DE DE LAS LAS CA CALDE LDERA RAS S

1.4 1. 4

CRIT CR ITERI ERIOS OS PR PRÁC ÁCTI TICO COS S PAR PARA A LA LA SEL SELEC ECCI CIÓN ÓN DE CAL CALDE DERO ROS S

1.5 1. 5

TRAN TR ANSF SFER EREN ENCI CIA A DE DE CAL CALOR OR PO POR R CON CONVE VECC CCIÓ IÓN N

BALANCE TRMICO

17

.18" CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DE VAPOR DE LA CALDERA:

17

.8" CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR 9TIL PRODUCIDA POR LA CALDERA.

1

.8" CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR TOTAL  EFICIENCIA DE LA CALDERA



.48" CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DE COMBUSTIBLE:

1

.58" CÁLCULOS EN EL ;UEMADOR DE LA CALDERA:



.5. . 5.1" 1" CÁ CÁLC LCUL ULO O DE DE LA LA CAN CANTI TIDA DAD D DE DE CAL CALOR OR DE DEL L COM COMBU BUST STIB IBLE LE: :



.5." CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR DEL AIRE:



.5." CÁLCULO DEL FLUJO MÁSICO DEL AIRE:



.5. . 5.4" 4" CÁ CÁLC LCUL ULO O DEL DEL FL FLUJ UJO O MÁS MÁSIC ICO O DE DE GAS GASES ES DE CO COMB MBUS USTI TIÓN ÓN: :



.5.5" CÁLCULO DE LA RELACIÓN AIRE < COMBUSTIBLE:

 2

SISTEMAS ENERGETICOS

.5.6" CÁLCULO DE LA VARIACIÓN DE TEMPERATURA DE GASES DE COMBUSTIÓN:

4

.5.7" DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE GASES DE CHIMENEA  GASES DE COMBUSTIÓN: .68" CÁLCULOS EN EL INTERCAMBIADOR DE CALOR: .6.1" CÁLCULO DEL

∆ T  m  Real

5 5

:

6 .6." CÁLCULO DEL

 K G :

7

.6." SELECCIÓN DEL MATERIAL  DIÁMETRO DE LOS TUBOS DE CALDERA:

=

.6.5" CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE FLUJO >V " DEL AGUA: .6.6" CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE CONVECCIÓN E?TERNA

hc ( ¿ ¿ ext .) :



¿

.6.7" CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE CONVECCIÓN INTERNA

hc (¿ ¿ ∫ . ) : ¿

4

.7" CÁLCULO DE PRDIDAS DE CALOR:

4

.7.1" PRDIDAS POR CHIMENEA:

5

.7." PRDIDAS POR PURGAS:

6

.7." PRDIDAS POR RADIACIÓN@ CONVECCIÓN  OTROS.

7

 ANE?OS



3

SISTEMAS ENERGETICOS

INTRODUCCIÓN: El termino termino calderas calderas se aplica aplica

a un dispositivo para generar, generar,

vapor para fuerza, procesos industriales o calefacción o, agua caliente para calefacción o para uso en general. Por razones de sencillez de compresión, a la caldera se le considera como un productor de vapor en términos generales. Sin embargo muchas calderas diseñadas para vapor se pueden convertir en calderas de agua. Las calderas son diseñadas para transmitir el calor procedente de una fuente eterna !generalmente combustión de alg"n combustible#, a un fluido contenido dentro de la misma caldera. Si este fluido no es agua ni vapor, por e$emplo, %o&therm !nombre de marca registrada# o mercurio, a la unidad se le califica como vaporizador !generador de vapores# o como un calentador de l'(uidos térmicos. %e cual(uier car)cter (ue sea, este l'(uido debe de estar dentro del e(uipo con las debidas medidas de seguridad. El vapor,

o agua agua caliente, caliente, deben ser alimentados alimentados en las

condiciones deseadas, es decir de acuerdo con la presión, temperatura * calidad, * en cantidad (ue se re(uiera. Por razones de econom'a, el calor debe ser generado * suministrado con un m'nimo de pérdidas.

4

SISTEMAS ENERGETICOS

 ANTECEDENTES: •

+esis: de la biblioteca de ingenier'a catalogo -tesis mec)nico eléctrico electrónico/ + 001 234 !autor: Sergio %avid 5eura 6a*oso 7004 89+#

•

+00127/calculo , diseño e instalaciones de un economizador para una caldera acuotubular de 7;00eléndez ?ern)ndez Eulalio @enci, año 700A 89S#

•

+00127/recuperación de eficiencia de una caldera pirotubular por incremento de la calidad del vapor mediante recalentamiento con gases de combustión !autor: Santill)n @omero, Bagner Coel# año 700,89+.

•

+00142;/estudio * an)lisis de los par)metros * energéticos * su comportamiento al ser estos variados, para la obtención de la geometr'a optimo de construcción de una caldera acuotubular con la creación de un soft&are de ingenier'a/ !Dguilar >edina, Binstón 700A89+# %e una caldera pirotubular !+001472#700289+. Libro manual de eficiencia energético de calderas industriales. Lima 007 9+E5FS9. Enciclopedia de mec)nica ingenier'a técnico tomo 1. >anual de ingeniero mec)nico >anual de ingeniero (u'mico !Ghon Perr*#

REALIDAD PROBLEMÁTICA:

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SISTEMAS ENERGETICOS

=o* en nuestros d'as el diseño de todo tipos de caldera o por lo menos los m)s comunes, en nuestro pa's la fabricación es m'nimo * la ma*or parte se ad(uiere mediante importación de otros pa'ses los cuales han desarrollado * me$orado esta tecnolog'a, usando diferentes tipos de combustibles alternativos, eso para ser mas viable su comprar *a (ue ha* muchos combustibles alternativos * de acuerdo con la econom'a de (uien ad(uiere dicha ma(uina. En la industria peruana no se est)n fabricando esta ma(uinas * es por eso (ue tomamos como consideraciones el aprendiza$e * diseño de las caldera siendo prescindible en la industria * af'n con nuestra carrera dando ma*ores conocimientos * un me$or nivel de enseñanza en nuestra universidad. Ds' mismo esto no familiariza con la fabricación * el diseño *a (ue est) ligado a la ingenier'a.

OBJETIVOS: 6

SISTEMAS ENERGETICOS

OBJETIVO GENERALES:

•

%eterminar los c)lculos numéricos

del diseño de una

caldera de vapor saturado !Pirotubular#

OBJETIVO ESPECIFICOS:

•

5onocer el funcionamiento * par)metros del proceso.

•

%eterminar

•

%eterminar por medio de c)lculos n"mero de aletas.

•

%eterminar por medio de c)lculos los tipos de aislamiento

por medio de c)lculos la carga térmica.

térmico. •

=acer un an)lisis económico de costo de fabricación * de operación.

DESARROLLO: 7

SISTEMAS ENERGETICOS

COMPONENTES DE UN GENERADOR DE VAPOR: La unidad generadora se compone de un fogón !o c)mara de fuego#, en el (ue se (uemar) el combustible, as' como de la caldera propiamente dicha, en las unidades de tipo pa(uete, tanto como en las grandes centrales de fuerza, est)n comprendidos también los (uemadores de combustible, al igual los controles * accesorios similares. En la definición técnica escueta, se compone como caldera "nicamente el cuerpo (ue forma el recipiente * las superficies de calefacción por convección. 5on la aparición de las paredes enfriadas por el agua para el fogón, supercalentadores, calentadores de aire * economizadores, se creó el término generador de vapor/, para dar al e(uipo una denominación mas apropiada. 5uando el hogar o c)mara de fuego es autocontenido, la palabra caldera se sobrentiende (ue describe la unidad generadora de vapor en su con$unto. La capacidad de producción de calor !cantidad de vapor o agua caliente por hora#, depende de los siguientes factores: . grado de combustión de combustible en el fogón. 7. Etensión de las superficies de calefacción. 4. Proporción en la (ue se distribu*e la superficie, en )reas de calefacción primarias. !calor radiante# * secundarias !calefacción por convección#. 2. La circulación del vapor o del agua * la de los gases de la combustión. Para mantener la combustión, es necesario suministrar cierta cantidad de aire * remover los productos resultantes de dicha combustión, mediante el tiro. Si la acción del tiro natural !efecto de la chimenea# es insuficiente, se utiliza un ventilador !para tiro forzado, tiro inducido o la combinación de ambos#.

8

SISTEMAS ENERGETICOS

En las grandes unidades generadoras de vapor de las centrales termoeléctricas, el aire para

la combustión es

precalentado !en una calentador de aire# * el agua de alimentación es igualmente calentada en un economizador, por medio del calor residual de los gases de la combustión. Estos dispositivos me$oran la eficiencia general de la unidad. Si se desea sobre calentar el vapor por encima de la temperatura de saturación !(ue generalmente sólo se re(uiere para el impulso de turbinas#, se agrega a la caldera un supercalentador. ?recuentemente se vuelve a calentar el vapor !después del primer paso de la turbina#, mediante un recalentador %ispositivos de tubos antiespumante * otros mecanismos ! de monta$e interno#, eliminan gotas de agua contenidas en el vapor, para (ue este llegue completamente seco a la tobera. La salida de la caldea puede estar dotada de tapones roscados, o bien de grifos con bridas, otros orificios se destinada a la colocación de instrumentos, coneiones de agua de alimentación, drenes, purgas, orificios de registros * para otros propósitos por el estilo. 8n monta$e adecuando debe comprender una base, ménsulas de apo*o o tirantes colgantes de amarres.

. CLASIFICACIÓN DE LOS CALDEROS Los calderos se clasifican seg"n diferentes criterios relacionados con la disposición de los fluidos * su circulación, el mecanismo de transmisión de calor dominante, el tipo de combustible empleado, la presión de traba$o, el tiro, el modo de operación * par)metros eteriores al caldero ligados a la implantación, * ubicación, lugar de monta$e * aspectos estructurales. 9

SISTEMAS ENERGETICOS

Para el efecto de nuestro estudio, solo nos fi$aremos en los criterios (ue tengan alguna relación con la energ'a. %e acuerdo

con ello, clasificaremos los calderos seg"n los

criterios siguientes:

!" P#$ %! &'()#('*'+, &- %#( %/'&#(: •

%e tubos de agua !acuotubulares#

•

%e tubos de humo !pirotubulares#.

P#$ *'$*/%!*'+, &- !/!: •

%e circulación natural

•

%e circulación asistida

•

%e circulación forzada.

 0" P#$ -% -*!,'(# &- 2$!,('('+, &- *!%#$: •

%e convección.

•

%e radiación

•

%e radiación * colección

*" P#$ -% 2')# &- *#0/(2'0%- -)%-!&# : •

%e carbón mineral !parrilla o carbón pulverizado#

•

%e combustible l'(uidos

•

%e combustible gaseoso

•

%e combustible especial !leña, bagazo, etc# •

%e recuperación de calor de gases !con o sin combustión de

•

>itos.

•

9ucleares.

apo*o#.

&" P#$ %! )$-('+, &- 2$!0!3#: S/0*$2'*!(. •

%e ba$a presión p H 70 IgFcm7.

•

%e media presión 12 J p J 70 Ig.Fcm7

10

SISTEMAS ENERGETICOS •

%e alta presión p J 12 IgFcm7

S/)-$*$2'*!(. -" P#$ -% 2'$# •

%e tiro natural

•

%e tiro forzado

•

%e tiro inducido.

.1

C!%&-$!( P'$#2/0/%!$-(. En este tipo de calderos,

los gases calientes flu*en

por el interior de tubos (ue son sumergidos en agua dentro de un casco.

Las presiones operativas de

diseño son próimas a A0 psi * sus capacidades var'an entre 0 * K00