INFORME N°4 MAQUINAS TÉRMICAS.pdf

“BALANCE TÉRMICO DE UNA CALDERA” CARRERA

: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

CICLO

:V

SECCIÓN

: “M”

DOCENTE

: LUIS GONZALES OBANDO

CURSO

: MAQUINAS TERMICAS

ALUMNOS

: -

PEREZ ROMERO SEGUNDO WILDER

-

PINEDO MONSALVE DEINER MARIEL

-

PORTOCARRERO GARCIA NILSON

-

RAMIREZ CHAVEZ GILMER RUBEN

-

RAMOS ALTAMIRANO NILSON ARTEMIO

FECHA DE REALIZACIÓN: 16/05/2017 FECHA DE ENTREGA

: 29/05/2017 2017- I

Información general: a). Centro de estudios: Instituto Superior Tecnológico - TECSUP NORTE.

b). Curso c). Ubicación d). Tema e). Ciclo f). Docente g). Horas del curso Ciclo V N°

: Maquinas Térmicas : Urb. Víctor Larco Herrera-Trujillo : Balance térmico de una caldera :V : Ing. Luis Gonzales Obando : 4 horas

Sección M APELLIDOS Y NOMBRES PEREZ ROMERO SEGUNDO WILDER

01

PINEDO MONSALVE DEINER PINEDO 02

PORTOCARRERO GARCIA NILSON 03

04

RAMIREZ CHAVEZ GILMER RUBEN

05 RAMOS ALTAMIRANO NILSON ARTEMIO 2

Grupo N° 3

Fecha de entrega 29/05/2017 FOTOGRAFIA

BALANCE TÉRMICO DE UNA CALDERA 1. OBJETIVO:

 Determinar la eficiencia térmica del caldero durante su operación.  Reconocer las principales causas de pérdidas de energía en el caldero.  Verificar las condiciones de trabajo óptimas para un régimen constante.  La eficiencia térmica de un caldero viene representada por la relación entre la cantidad. 2. FUNADMENTO TEORICO.

a. Caldera Pirotubular. En este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes, debido a la circulación de los gases de escape. No confundir esta definición con la de un intercambiador de calor. Es un cilindro lleno de agua con tubos a través de la misma, en el cual el combustible es quemado en uno de los extremos del cilindro y los gases calientes productos de la combustión pasan a través de los tubos al otro extremo.

Ilustración 1: Caldera Pirotubular.

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b. Partes de una Caldera Pirotubular.

Ilustración 2: Partes de la Caldera Pirotubular. c. Se caracterizan por disponer de tres partes bien definidas: Una caja de fuego donde va montado el hogar. Esta caja puede ser de sección rectangular o cilíndrica, es de doble pared, por lo que el hogar queda rodeado de una masa de agua.

Ilustración 3: Caldera Pirotubular-Horizontal. Un cuerpo cilíndrico atravesado, longitudinalmente, por tubos de pequeño diámetro, por cuyo interior circulan los gases calientes. Una caja de humos, que es la prolongación del cuerpo cilíndrico, a la cual llegan los gases después de pasar por el haz tubular, para salir hacia la chimenea. Estas calderas trabajan, casi siempre, con tiro forzado, el cual se consigue mediante un chorro de vapor de la misma caldera o utilizando vapor de escape de la máquina.

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Pueden producir agua caliente o vapor saturado. En el primer caso, se les instala un estanque de expansión que permite absorber las dilataciones del agua. En el caso de las calderas de vapor poseen un nivel de agua a 10 o 20 cm sobre los tubos superiores. d. Ventajas.  Menor coste inicial, debido a la simplicidad de diseño en comparación con las acuotubulares de igual capacidad.  Mayor flexibilidad de operación, ya que el gran volumen de agua permite absorber fácilmente las fluctuaciones en la demanda.  Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación porque las incrustaciones formadas en el exterior de los tubos son más fáciles de atacar y son eliminadas por las purgas.  Facilidad de inspección, reparación y limpieza. e. Desventajas.  Mayor tamaño y peso que las acuotubulares de igual capacidad.  Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.  Gran peligro en caso de exposición o ruptura, debido al gran volumen de agua almacenado.  No son empleadas para altas presiones.

f. Eficiencia térmica. La eficiencia térmica de un caldero viene representada por la relación entre la cantidad de calor que recibe el agua de alimentación para convertirse en vapor y el calor entregado por el combustible cuando se quema.

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= Q1 / Qc

Q1= Calor absorbido por el agua (BTU/hr). Q1= Calor entregado por el agua (BTU/hr).

Q1 = magua x (h2 – h1) Qc = mcomb x P.C.

magua= Flujo de agua (lb/hr). (h2 – h1) = Diferencia de entalpía entre la entrada de agua y salida de vapor (btu/lb). mcomb = Flujo de combustible (lb/hr). P.C. = Poder calorífico del combustible (btu/lbc) Nota: Masa del vapor que sale = masa del agua que entra

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3. HERRAMIENTAS Y EQUIPO.

Nº

NOMBRE

01

Laptop

02

Celular

03

Internet

04

Caldera

05

Excel

IMAGEN

Cronometro

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4. PLAN DE TRABAJO.  Llenar el caldero con la bomba en automático. Cuando el agua alcance el nivel adecuado se apagará la bomba. Calcular el volumen y caudal de agua que ingresa a la bomba.  Prender el caldero (quemador) asegurándose que esté abierta la válvula de servicio (salida de vapor).  Cuando se aprecie que el vapor ya se está formando, cerrar la válvula de servicio para que el vapor levante presión con el calor.  Calentar hasta que la presión marque 50 psi (manómetro).  Abrir la válvula de servicio 1/4 de vuelta  Medir el volumen y flujo de agua con la ayuda del nivel del tanque de agua de alimentación de la siguiente manera (cuadro 01): A). Cerrar la válvula de alimentación desde el equipo ablandador después de encender el caldero y cuando esté el tanque lleno o casi lleno. Marque el nivel (altura) de agua en el tanque. b) Cada vez que encienda la bomba de agua del caldero, verificar cuanto desciende el agua del tanque de agua de alimentación y con el área del tanque calcular el volumen de agua consumido por el caldero.  Se apagó la caldera a las 7:50 p.m. así finalizando el laboratorio, y obteniendo los siguientes datos.

Medidor de agua ablandada : 002004 m5 Presión de agua

: 2 psi

Temperatura del condensado : 27 °c Medidor de caudal

: 1.844m3

Gases de combustible

: 225 °C

Medidor de presión de vapor : 25 psi Medidor de combustible

: 16.508 m3

Presión de gas

: 0.2psi

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5.

PARÁMETROS DE MMEDICIÓN DE LA CALDERA PIROTUBULAR – TECSUP

Ilustración 4: Cuadro de los Parámetros de medición de la Caldera Pirotubular.

6. TEST DE COMPROBACION

I.

¿Que indica la opacidad de los humos en el caldero? la opacidad de los humos aparecerá en mayor proporción cuanto más denso sea el combustible utilizado, esto nos indica que el combustible que se está utilizando es muy denso, por lo cual se está generando opacidad formando partículas sólidas y hollín sobrantes de dicha combustión, por donde salen los humos.

II.

¿Cómo se puede mejorar la opacidad de los humos? Veréis, en casa tenemos un Renault Laguna 2.2 Dt del año 99 con 170000km, y en mes y medio nos toca pasarle la ITV. Desde hace 5 años a la hora de realizar la prueba de los gases, nos da unos valores altísimos (de más del doble de lo permitido), teniendo por ello que salir, "pegarle 4 acelerones" como dicen los técnicos y volver a entrar para que nos lo den como válido, aunque siga sin serlo. Siempre que vamos, le llevamos alto de vueltas en cuanto coge temperatura el motor y pisando a fondo en tercera bastantes veces hasta que llegamos a la ITV para que eche toda la carbonilla, y hemos probado desde cambiarle todos los filtros al coche hasta echarle el litro de gasolina con el depósito lleno para que limpie la inyección, pero nuestros intentos son en vano.

III.

¿Cuál es la función del presostato y que permite regular? Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido. Nos permite reglar la presión de encendido y apagado de la caldera.

IV.

¿Cómo se podría mejorar la eficiencia de un caldero? Si en vez de calentar el agua a 80 grados utilizamos calderas que calienten el agua a 35ºC o 40ºC estaremos empleando menos energía, ya que la energía que necesitamos transmitir al agua es directamente proporcional a la diferencia entre la temperatura final y la temperatura de la red, y conseguiremos ser más eficientes usando nuestra calefacción.

V.

¿Qué pérdidas de calor son las más considerables? A. Pérdida de calor asociada al exceso de aire. El concepto de “exceso de aire” tiene relación con la cantidad de aire para la combustión que debe ser entregado por sobre el estequiométrico, para lograr una buena mezcla aire/combustible y con ello una buena combustión. B. Pérdida de calor asociada a la temperatura de los productos de las combustiones. La pérdida de calor asociada a los productos (gases) de la combustión (en chimenea) representa un alrededor de un 18 % para

el caso de las calderas que utilizan gas y 12 % para el caso de las calderas que utilizan carbón y petróleo. C. Pérdida de calor en la purga. Todos aquellos mecanismos tendientes a reducir la cantidad de agua/vapor eliminada a través de la purga de la caldera permitirán conseguir una reducción en las pérdidas de calor asociadas a la purga. D. Pérdidas de calor debido a no contar con un sistema de precalentamiento del aire requerido para la combustión: El precalentamiento del aire requerido para la combustión es utilizado principalmente en calderas que utilizan combustibles sólidos (carbón. madera, biomasa, etc.), ya que, una mayor temperatura del aire de la combustión permite obtener una combustión más completa. E. Pérdidas de calor asociadas al uso de vapor en vez de aire comprimido par la atomización de petróleo residual. Aire comprimido o vapor son utilizados para lograr la atomización de los petróleos residuales. La energía requerida para obtener el aire comprimido es generalmente solo una pequeña fracción de la energía requerida para producir el vapor para la atomización. Se estima que la utilización de aire comprimido en vez de vapor, para la atomización de petróleos residuales, permite aumentar la eficiencia en un 1 %. Es decir, ahorrar en un año aproximadamente US$18,000.00. F. Pérdidas de calor asociadas a la operación dinámica, puntos de máxima eficiencia y pérdidas de calor por radiación: Las pérdidas de calor asociadas a la operación dinámica de una caldera pueden ser considerables y tienen relación con un sobredimensionamiento de la caldera con respecto a la demanda de energía (vapor, agua caliente, etc.). La operación dinámica de una caldear se refiere a las variaciones de carga y a los ciclos de encendido y apagado que realiza. Lo ideal es que una caldera trabaje en formas continua no apagándose jamás. VI.

¿Por qué es importante la temperatura de los gases de combustión a la salida? Porque la temperatura superficial de estos gases resulta ser muy alta y puede ocasionar peligro de quemaduras. Como también existen calderas en que el agua se calienta a temperaturas inferiores a 70 °C y que consiguen elevados rendimientos (caldera de condensación).

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VII.

¿Cuál es la finalidad del exceso de aire en la combustión? La finalidad es para obtener la combustión ideal, coeficiente de exceso de aire, balance de materiales. La necesidad mínima de oxígeno para la combustión completa (ideal) de las partes inflamables depende de la composición del combustible que se está utilizando en la caldera y así pueda surgir un balance en la temperatura de quemado. Utilizado para la combustión oxígeno puro o una mezcla de oxígeno y aire. Los principales constituyentes del aire de combustión (con la excepción del oxígeno, que se consume durante la combustión) se encuentran en los gases de combustión.

7. OBSERVACIONES

 Se observó que el medidor de agua ablandada se mantuvo en una cierta cantidad de medición durante el proceso de vaporización de la caldera.  El medidor de temperatura de condesado se mantuvo a una temperatura ambiente por lo que no ha variado nada durante proceso de la vaporización.  Se logró observa que la válvula check, estaba en mal estado ya que dejaba regresar el agua de la caldera.  La tubería de agua se estaba caliente, por lo cual eso es incorrecto. 8. CONCLUSIONES.  Antes de encender la caldera se debe hacer la purgación para eliminar restos que quedan acumulados en las partes de la caldera.  Tomar los datos en el momento indicado, para no alterar los valores tomados de los parámetros de medición en la caldera pirotubular.  Al realizar el análisis del balance térmico de la caldera se obtuvo diversos parámetros de consumos de combustible como también del fluido de agua y distintas presiones de vapor y agua durante el proceso de la evaporización, estoque nos permite detectar problemas de aislamiento térmico ineficiente, o fugas de vapor existentes en bridas, trampas de vapor, juntas etc. 9. RECOMEDACIONES.

 Es necesario verificar y rectificar los equipos e instrumentos de laboratorio; para así realizar los ensayos y obtener de ellos resultados congruentes.  Se debe estar siempre inspeccionando las diversas válvulas y medidores de combustible, agua y las presiones de vapor que sale como presiones de agua etc.  Recomendamos para este laboratorio designar a cada uno a tomar datos en diferentes tomas de datos.  Se recomienda cambiar la válvula check, ya que se encuentra malograda y deja retroceder el agua caliente, disminuyendo el nivel de agua en la caldera.

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10. BIBLIOGRAFÍA. http://www.absorsistem.com/tecnologia/calderas/pirotubulares https://es.slideshare.net/freddymanuelcisneroscorrea3/calderaspirotubulares https://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(m%C3%A1quina) http://www.thermal.cl/prontus_thermal/site/artic/20110602/asocfile/201106 02102250/articulo___eficiencia_en_calderas.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Presostato https://www.motorpasion.com/respuestas/reduccion-de-emisiones-para-laitv https://twenergy.com/a/este-invierno-busca-alternativas-eficientes-para-tucaldera-212 11. ANEXOS.

Ilustración 5: Caldera Pirotubular

Ilustración 6: Apertura del Vapor

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Ilustración 7: Salida de Vapor

Ilustración 8: Retroceso del agua

al medioambiente

(Válvula chech malograda)

Ilustración 9: Tanque de

Ilustración 10: Ablandador.

Condensador.

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Ilustración 11: Medidor de

Ilustración 12: Medidor de caudal.

combustible.

Ilustración 13: Manómetro de medición de temperatura del vapor.

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