Generador de Vapor Llab

GENERADOR DE VAPOR

1-. RESUMEN:El ensayo realizado tiene por objeto realizar el balance térmico del generador de vapor , así como hacer un estudio y/o análisis de su eficiencia considerando la importancia de este elemento en el sector industrial y plantas generadoras de energía eléctrica , teniendo en cuenta que dependen del diagnostico dependen de las medidas a tomar con miras hacia un buen y eficiente funcionamiento de la unidad.

2-. OBJETIVOS:Realizar el análisis térmico del Generador de Vapor y un estudio de su performance, del diagnostico dependen medidas a tomar con miras en un eficiente funcionamiento de la unidad.

Calcular el flujo de vapor, combustible en: Kg/h.

Calcular las real y teórica en: Kg de aire/Kg de combustible.

Calcular los calores perdidos en: KJ/Kg de combustible. Calcular la evaporación equivalente (Ee) en: Kg de vapor equivalente/h. Calcular la producción de la caldera (Pv) en: Kg de vapor equivalente/Kg de combustible.

3-.TEORIA:

GENERADORES DE VAPOR

Todo equipo que en virtud de la energía química de un combustible o una reacción nuclear cambiar el estado de agregación de una sustancia de trabajo a un estado final de vapor saturado.

CALDERA

Se emplea principalmente para proporcionar energía en forma de vapor, sin embargo, existe un amplio número de aplicaciones en las que la formación de vapor es incidental para un proceso químico; por ejemplo la unidad de recuperación química en la industria papelera, un calentador de monóxido de carbono en una refinería de petróleo o una caldera de calor residual para gas de enfriamiento en un horno de hogar abierto. En una planta industrial no es extraño que las calderas industriales sirvan para muchas aplicaciones; por ejemplo, en un molino de pulpa de papel, el calentador de recuperación química se emplea para convertir el licor negro en sustancias químicas útiles y de esta manera generar vapor para el proceso. En la misma planta una unidad de combustión de corteza recupera calor del material de desperdicio y genera también energía. Las calderas industriales queman petróleo, gas, carbón y una amplia variedad de productos y/ó subproductos.

Las estadísticas actuales muestran que la combustión del carbón pulverizado es la selección más apropiada para calderas grandes, cuya capacidad es superior a 113398 kg/h. Para calderas de capacidad media, es decir, de 45359 a 113398 kg/h la selección dominante es respecto a las alimentadas mecánicamente, aunque se esta incrementando el empleo de calderas que queman carbón pulverizado, ya que su mayor eficiencia térmica las hace atractivas en el limite superior del intervalo de capacidad media.

El factor más importante que debe considerarse cuando se comparan las calderas alimentadas mecánicamente por fogonero y las que queman carbón pulverizado es la reducción de la eficiencia debido a la perdida de carbono. Una caldera de carbón pulverizado bien diseñada puede mantener una perdida de eficiencia debido a que el carbono no quemado es menor a 0.4%. En una unidad de combustión alimentada mecánicamente por un alimentador distribuidor donde existe una continua descarga de cenizas, la perdida de carbono usual será de 4 a 8%, dependiendo de la cantidad de reinyección que se logra.

CLASIFICACION DE LAS CALDERAS:

SEGÚN EL CONTENIDO DE LOS TUBOS: Pirotubulares Acuatubular

PIROTUBULARES.-La caldera de vapor pirotubular, concebida especialmente para aprovechamiento de gases de recuperación presenta las siguientes características.

El cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposición horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor.

La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida de adaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salida de humos.

El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cámara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de conexión. En cuanto al acceso, al lado agua se efectúa a través de la boca de hombre, situada en la bisectriz superior del cuerpo y con tubuladuras de gran diámetro en la bisectriz inferior y placa posterior para facilitar la limpieza de posible acumulación de lodos.

PP

Línea de vapor

Recalentamiento de vapor

Gases de combustión

CALDERA

Nivel

Tanque ACPM

ACPM

Calorímetro de estrangulamiento

Aire atmosférico

VENTILADOR

TURBINA

GENERADOR

TANQUE DE AGUA

Nivel

CONDENSADORROTÁM

ETRO

TANQUE DE CONDENSADO

Salida de agua

Entrada de agua

Contador de agua

El conjunto completo, calorífugado y con sus accesorios, se asienta sobre un soporte deslizante y bancada de sólida y firme construcción suministrándose como unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar las conexiones a instalación.

La caldera, una vez realizadas las pruebas y comprobaciones reglamentarias y legales por una Entidad Colaboradora de la Administración, se entrega adjuntando un "Expediente de Control de Calidad" que contiene todos los certificados y resultados obtenidos.

ACUOTUBULARES.-Las calderas acuotubulares (el agua está dentro de los tubos) eran usadas en centrales eléctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor, para accionar las máquinas a vapor de principios de siglo.

En estas calderas, los tubos longitudinales interiores se emplean para aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja. Originalmente estaban diseñadas para quemar combustible sólido.

La producción del vapor de agua depende de la correspondencia que exista entre dos de las características fundamentales del estado gaseoso, que son la presión y la temperatura.

A cualquier temperatura, por baja que esta sea, se puede vaporizar agua, con tal que se disminuya convenientemente la presión a que se encuentre sometido dicho líquido, y también a cualquier presión puede ser vaporizada el agua, con tal que se aumente convenientemente su temperatura.

SEGÚN SU USO: Estacionarias (calefacción) Móviles (Locomotoras)

SEGÚN LOS MATERIALES:

Fuertes: acero especiales. Calefacción: Hierro colado.

SEGÚN EL COMBUSTIBLE: Liquido Sólido Gaseoso

SEGÚN LA COMBUSTIÓN: Fuego Nuclear Eléctrica

SEGÚN LA POTENCIA: Baja (<10 Tn/h) Media (10-50 Tn/h) Alta (50-150 Tn/h) Muy Alta (>150 Tn/h)

SEGÚN FORMA Y POSICIÓN DE LOS TUBOS:

Rectos Curvos Horizontales Verticales Inclinado

SEGÚN LA CIRCULACIÓN:

Natural Forzada

CABALLO DE CALDERA: cantidad de vapor capaz de dar a un motor de vapor un caballo de fuerza de vapor ganado a 100 C.

HPcaldera = Q: calor generado por el agua

FACTOR EVAPORACIÓN: ( fe ) Relación cambio de entalpía que tiene el agua en la caldera y la variación de entalpía para producir un HPcaldera.

EVAPORACIÓN EQUIVALENTE (Ee ).

Ee = fe * mvapor (Kg/h)

EFICIENCIA TERMINA. Capacidad para transmitir el calor producido por el agua:

= mc = masa del combustible

Pc = poder calorífico del combustible

PRODUCCIÓN DE CALDERA: Relación entre evaporación equivalente y la cantidad de combustible invertida.

PV = Ee

mc

4-. APARATOS Y EQUIPOS UTILIZADOS

La caldera de Vapor. Analizador de Orzat. Termómetros de Bulbo seco y húmedo. Manómetros para determinar presión.

5-. PROCEDIMIENTO Y CÁLCULO:

Datos para el Generador de Vapor.

TBS=15ºC TBH=12ºC Tºagua alimentación = 12ºC Tº del combustible = 14.5ºC Tº de gases de escape = 530ºF Presión de salida del vapor = 145psi Flujo de masa de vapor: Condensado se recibe en recipientes de

5 Litros, en un tiempo de 9.42 segundos. Considere a una temperatura

de 45ºC ( ).

Flujo de combustible: el desnivel del petróleo se realiza en un tiempo de 1hora considere la temperatura del combustible a 45ºC.

Flujo de masa vapor

Condensado en recipiente de 5 litros Temperatura 45 0C Densidad = 990.67 kg/m3

Area de calefacción del caldero : 58.1573 m3

Tiempo de condensado 9.42 seg.

Análisis de los gases de escape

CO : 0.29 % O2 : 3.00 %CO2 : 13.00 % N2 : 83.71 %

RESULTADOS

I.- Calculo de flujo de vapor y combustible en : Kg/h

por definición sabemos lo siguiente: flujo de masa de combustible.mc=(Dc^2/4)*hc*cmc=(*2.5^2/4)*0.0345*853.0617mc=144.467Kg.si t=1hluego:m°c=144.467/1=144.467Kg/hflujo de masa de vapor.mv=(Dv^2/4)*hv*v ………..(1)si v=A*h , h=v/A =0.005/58.1573 .......(2)reemplazando (2) en (1)mv = 58.1573*0.005*990.67/58.1573mv=4.953Kg.si t=1hm°V=4.953/2.617*10^-3=1892.866Kg/h

II.-Calculo de las r(a/c) real y teórico en Kg de aire /Kg de combustible.

hallando la relación aire combustible real. Ra/c]r m

Ra/c]r m = CxHy + a ( O2 + 3.76N2 ) bCO2 +cCO +dO2 +eN2 +fH2O

según los datos :

CO2 = 12% Se observa que ; b = 12 c = 0.4 d = 3.8 e = 83.8O2 = 3.8%CO = 0.4% CxHy + a ( O2 + 3.76N2 ) 12CO2 +0.4CO +3.8O2 +83.8N2

+fH2ON2 = 83.8%

Realizando el balanceo: C: x = 12 +0.4 x = 12.4 H: y = 2f y = 25.2 O: 2a = 12*2 +0.4 +3.8*2 +f f = 12.6 N: 2a*3.76 = 2*83.8 a = 22.3

C12.4H25.2 + 22.3 ( O2 + 3.76N2 ) 12CO2 +0.4CO +3.8O2 +83.8N2 +12.6H2O

Ra/c]r m = = =

Ra/c]r m = 17.59

hallando la relación aire combustible teórica Ra/c]t m

para este calculo se tomo como combustible el C12H26 (dodecano ya que se trata como diesel)

Ra/c]t m = C12H26 + a ( O2 + 3.76N2 ) bCO2 +cH2O + dN2

Realizando el balanceo: C: 12 = b b = 12

H: 26 = 2c c = 13 O: 2a = 2b +c a = 18.5

N: 2a*3.76 =2d d = 69.56

C12H26 + 18.5 ( O2 + 3.76N2 ) 12CO2 +13H2O + 69.56N2

Ra/c]t m = = =

Ra/c]t m = 14.94

hallando el exceso de aire.

Ra/c]r m = ( 1 + e ) Ra/c]t m 17.59 = ( 1 + e ) 14.94

e = 0.1774e = 17.74%

III.-Calculo de los calores perdidos en .KJ/Kg combustible.

calculo de calor util.

Q1=m°v*h/m°c

Considerando:

Donde : H2= 2781.7KJ/Kg , obtenemos de tablas.H1= 50.4KJ/Kg

Luego:Q1=1892.866*(2781.7-50.4)/144.467Q1=35786.615KJ/Kg comb.

calor perdido en gases de escape

Q2=mg*Cpg*(Tg-Tbs)................................(1)Considerando los productos de la combustión.%CO2 + %CO + %O2 + %H2O + %N2

teniendo en cuenta solamente los humos 6 gases presentes de dichos productos : mg

mg=44(%CO2) +28( %CO) + 32(%O2) + 28( %N2)

mg=44(%CO2) +28( %CO) + 32(%O2) + 28( 100%-%CO 2 -%CO -%O2)de donde se obtiene.mg=[16(%CO2)+4(%O2)+28(%CO)]así mismo la cantidad de C presente en estos gases es:c=12(%CO 2 +%CO )también se sabe que:85%C15%Hfinalmente la masa de fases por libra de comb. será.mg=16(%CO2) +4(%O2) + 2800libs de gases *0.85lbsC 12(%CO2+%CO)Lbs comb Lbs comb

mg= 4*12+3.8+700 *0.85 3(12+0.4)

mg=20.20Lbs de gases /Lbs combs

luego reemplazando en (1)

Q2=20.200.24*(530-59) = 5306.72KJ/Kg calor perdido por evaporación del agua de formación:

Q3=9H[1*(212-Tc)+970.3+0.45*(Tg-212]Luego reeplazando los valores.Q3=9*0.15[1(212-58.1)+970.3+0.46(530-212)]

Q3=3979.14KJ/kg comb

Calor perdido por combustion incompleta.

Qx= %CO (14.150-3960)*0.85 ………...(1) %CO2+%CO

teniendo en cuenta que: calor de combustiónBTU/Lb Comb)reaccion 2C+O2=2CO 3960C+O2=CO2 14150

Reemplazando en (1)Qx = 0.29*0.85*(14150-3960) 13+0.29Qx = 438.48KJ/Kg

calor perdido al calentamiento de la humedad del aire ambiental

Qy = M*Cpc*(Tg-Tbs) …………………(1)M = vapor de agua ambiental presente /lb de comb.M = w Lbs. De comb. * r a/c Lbs. de aire Lbs. de aire Lbs. de comb.Donde :W = relacion de humedad

Con TBS y TBH (carta sicrometrica)Si TBS = 59F y TBH = 58.1F

Entonces : W = 0.013 Lbs de vapor de agua Lbs de aire

Si Cpv = calor especifico de vapor de agua (0.46 BTU/Lb*°F)

Luego :M = 0.013*14.94 = 0.1942 Lbs. de vapor de agua/Lbs. comb.

Ahora reemplazamos valores en (1) Qy = 0.1942*0.46*(530-59) Qy = 42.07*2.32 = 97.61KJ/Kg

IV.-Calculo de la evaporación equivalente (Ee) en: Kg de vapor equivalente / h

por definición se sabe que:

Ee = fe * mv .............................(1)

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INFORME DE LABORATORIO

CURSO : LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA II

TEMA : GENERADOR DE VAPOR

DOCENTE : Ing.

PRESENTADO POR:PRESENTADO POR:

SEMESTRE: VIII

Calculamos fe ?Si:

HPc = 35786.615*91.2*144.467

33500 HPc=154.32

Por lo tanto: Fe=(h2-h1) =(2781.7-50.4) = 1.21 h 2251

Reemplazando valores en (1) Ee = 1.21*1842.866Ee = 2290.36Kg vapor equivalente/h

5.-Calculo de producción de caldero (Pc) en : Kg de vapor equivalente /Kg de combustible.Pv = Ee = 2290.36 m°c 144.469

Pv = 15.85 Kg Vapor equivalente / Kg de Combustible.

6-.CONCLUSIONES: La mayor parte de la perdida de energía se da por los gases de escape. El resto de las perdidas son mínimas a comparación de los gases de escape. La relación aire combustible para una combustión incompleta es mayor que la

relación aire combustible teórica. En el análisis de gases, el elemento de mayor porcentaje de gases emitidos es el

nitrógeno.