Generador de Vapor Recuperador de Calor 2013

8/10/2019 Generador de Vapor Recuperador de Calor 2013

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MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS TEMA 1.GENERADORES DE VAPOR Y RECUPERADORES DE CALOR (HRSG)

Dr. Alejandro Zaleta Aguilar

GENERADORES DE VAPOR Y

RECUPERADORES DE CALOR (HRSG)

1. INTRODUCCIN

En la industria existe un gran nmero de procesos los cuales requierende una cantidad considerable de vapor y/o agua caliente para llevarse acabo, por ejemplo, la industria de los alimentos enlatados, generacin deenerga elctrica, calefaccin, etc.

Para la produccin del vapor y/o agua caliente es necesario contar conun equipo que lleve a cabo esta funcin, la caldera. Existen muchos tiposde calderas que se adaptan a las necesidades del usuario. Durante lageneracin de energa que se requiere, generalmente son utilizados loscombustibles fsiles (fuel-oil, gas natural, carbn mineral), aunquerecientemente se han generado estudios para adaptar las calderasexistentes para quemar biomasa o el RDF (combustible obtenido deresiduos urbanos), as como tambin calderas que usan la energa delsol para la produccin de vapor o agua caliente.

Como es sabido, en la caldera se llevan a cabo todos los procesos decombustin que nos darn la energa que necesitamos para procesosposteriores. En la caldera es donde hay una gran cantidad de prdida deexerga (energa utilizable) que se debe principalmente a:

1. Transferencia de calor desde el interior de la caldera hacia el exteriorpor medio de las paredes debida a un mal aislamiento.

2. Combustin deficiente en el hogar de la caldera, la cual repercute en

una produccin excesiva de ceniza que se pega a las paredes de lostubos de agua evitando la transferencia de calor hacia el agua dealimentacin y la produccin de inquemados que sale con los gasesde combustin hacia el ambiente.

3. Un mal uso de los gases de combustin de salida que contienen unagran cantidad de energa utilizable.


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2. TIPOS DE CALDERAS

Para hacer una clasificacin de calderas hay que considerar lossiguientes aspectos:

Por la aplicacin. Por la circulacin en circuito agua-vapor. Por el rango de presiones. Por la fuente de calor.

2.1 POR LA APL ICACIN.

En esta clasificacin se consideran las siguientes:

1. Calderas de potencia. Son las que se utilizan en la generacin deelectricidad, son de gran tamao y estn formadas por paredes detubos de agua. Generalmente cuentan con un recalentador.

2. Calderas industriales. Se usan para la produccin de vapor deproceso (generalmente en la industria de alimentos enlatados). Sonde tamao pequeo a medio y no cuentan con recalentador.

3. Calderas de propulsin. Estas calderas se usan para generarpotencia motriz en el transporte martimo o algn otro tipo detransporte. Para tal aplicacin generalmente son calderas compactasy ligeras y no cuentan con recalentador.

2.2 POR LA CIRCULACIN EN CIRCUITO AGUA-VAPOR.

Se consideran los siguientes tipos:1. Calderas de circulacin natural. En este tipo de caldera, la circulacin

del agua de alimentacin se da en forma natural por la diferencia dedensidades entre la mezcla de agua-vapor y el agua, como semuestra en la figura 4.1(a), y necesita por lo menos un caldern que


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es donde se hace la separacin de lquido y vapor. Este tipo decalderas solo puede operar en condiciones subcrticas.

2. Calderas de circulacin forzada. El funcionamiento es el mismo que laanterior pero con la diferencia de que la circulacin del fluido esprovocada por una bomba entre el caldern y los tubos de agua(paredes de la caldera), como se muestra en la figura 4.1(b). Tambinnecesitan un caldern y solo pueden operar en condicionessubcrticas.

3. Calderas de un paso. La circulacin del agua de alimentacin por lostubos de agua se da por la presin de la bomba de agua dealimentacin; por lo tanto, no necesita caldern, como se muestra enla figura 4.2(a). Este tipo de caldera puede operar en condicionessubcrticas y supercrticas.

4. Calderas de circulacin combinada. Este tipo de caldera puedefuncionar por circulacin forzada (baja carga) o como caldera de unpaso (carga media y alta), como se muestra en la figura 4.2(b). Nonecesita caldern y puede operar en condiciones subcrticas ysupercrticas.

Economizador

Recalentador

Caldera(Paredes de agua)

Caldern

(a) Circulacin natural

Economizador

Recalentador


Caldern

(b) Circulacin forzada

Bomba decirculacin

Orificios

Figura 4.1. (a) Circulacin natural, (b) Circulacin forzada.


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Bomba decirculacin

Orificios

Economizador


Recalentador

Economizador


Recalentador

Separador

(A) Un paso(B) Circulacin combinada

Figura 4.2. (a) Un paso, (b) Circulacin combinada.

2.3 POR EL RANGO DE PRESIONES.

Se dividen en dos:

1. Subcrticas. Calderas cuyo funcionamiento es por debajo del puntocrtico.

Calderas de baja y media presin (22.1 MPa). Son calderas de potencia

de circulacin forzada o de un paso. Diseadas para la


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prevencin de formacin de pelculas de vapor en las paredesque dificulten la transferencia.

2.4 POR LA FUENTE DE CALOR.

Es muy importante clasificar las calderas por el tipo de combustible quequeman. Son las siguientes:

Calderas de combustible slido. Son calderas que quemanprincipalmente carbn y biomasa.

Calderas de combustible lquido. Son aquellas que quemanprincipalmente fuel oil (combustoleo).

Calderas de gas. Queman gas natural o sinttico.

Calderas de recuperacin. Son aquellas que se componen deintercambiadores de calor. Por ejemplo, en un ciclo combinado,el calor de los gases de combustin que salen de la turbina degas es recuperado en una caldera de recuperacin(intercambiadores) para el ciclo de vapor.

2.5 CALDERA DE LECHO FLUIDO.

Este tipo de caldera usa un lecho fluido formado por carbn pulverizado

y aire que es inyectado de abajo hacia arriba de tal manera que se formaun lecho homogneo y en constante movimiento donde la combustin delas partculas de carbn son quemadas eficientemente, provocando queel campo de temperaturas en todo el lecho sea homogneo.

Actualmente existen plantas en funcionamiento en:

Escatrn, Espaa (Planta Escatrn). Estocolmo, Suecia (Planta Vrtan, 225 MWt). Pittsburgh, E.U. (Planta Tidd). Isla de Kyushu, Japn (Planta Wakamatsu).

Las plantas bajo construccin son las siguientes:

Cottbus, Alemania (Planta Cottbus, 90 MWt). Karita, suiza (Planta Karita, 360MWe).


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Las plantas anteriormente mencionadas son y fueron construidas por laABB Carbon.

3 PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA CALDERA.

Para llevar cabo la vaporizacin del agua de alimentacin dentro de lacaldera, es necesario que la caldera cuente con diversas partes con unafuncin especfica y colocadas de tal manera que el aprovechamiento dela energa del combustible sea absorbida por el vapor, para as obtenerel vapor requerido que realizar una funcin. Para el caso de las plantasde potencia, se requerirn dispositivos diseados para elevar latemperatura del vapor a un mximo de 540C.

A continuacin se da una explicacin de cada uno de los componentesque forman una caldera de una planta de potencia, ilustrndola con laFigura 1. de la Planta Termoelctrica de Teruel, Andorra, Espaa.


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ZONA DERECALENTAMIENTO

Caldern (8)

Colector de salida delSobrecalentador final

Colector de salidadel recalentador

Sobrecalentador Mixto (3)

Sobrecalentadorde conveccin (4)

Recalentador (5)

Sobrecalentador porradiacin (2)

Economizadorsecundario (6)

Paredes de tubos deagua (1)

Economizador primario (7)

HOGAR

Gases

Airesecundario

Aire de atemperacin

Ventilador detiro forzado

Tanque de purgaintermitente

DesescoriadorTanque degoteo

Aire primario

Combustoresdecarbnpulveriza

do

Figura 1 Caldera de la Central Trmica Teruel en Andorra, Espaa.


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Hogar (paredes de tubos de agua, 1).

En esta zona de la caldera se lleva a cabo la combustin, generalmentecombustibles fsiles (fuel-oil, carbn, gas natural) y la energa liberadapor el combustible es absorbida por las paredes de tubos de agua, endonde se produce la vaporizacin. Las paredes de tubos de agua estnconstituidas por tubos unidos en forma de membrana, generalmenteaislados del ambiente por material refractario, o con calorifugado. En elhogar es donde se lleva a cabo un enfriamiento de los gases decombustin antes de pasar a la zona convectiva. La transferencia decalor se produce principalmente por radiacin a una temperatura de losgases, Tgas, de entre 1500 y 1900 K. En la Planta Termoelctrica deTeruel, Andorra, la temperatura es de aproximadamente 2100 K [3].

Variables bsicas de diseo:a) La cantidad de calor que el vapor necesita para llevar a cabo

una funcin.b) La temperatura del gas de combustin a la salida del hogar.c) El volumen del hogar y la superficie de los tubos de agua.

Sobrecalentadores y recalentadores (2, 3, 4, 5).

La funcin principal de estos equipos es la de incrementar la temperaturadel vapor saturado o ligeramente sobrecalentado, con el propsito deaumentar la eficiencia termodinmica del ciclo. Son intercambiadores detubos donde el gas de combustin fluye por el exterior en flujo cruzado.

La diferencia entre un sobrecalentador y un recalentador es que por lossobrecalentadores circula vapor vivo, es decir, vapor sin turbinar al quese le eleva la temperatura para ser turbinado por primera vez (turbina dealta presin). Generalmente el vapor sobrecalentado alcanza una

presin de 18 MPa. En los recalentadores circula vapor ya turbinado auna presin menor, generalmente a 4 MPa. El vapor recalentado serturbinado por segunda vez en la turbina de media y/o baja presin. Si esuna caldera cuyo funcionamiento es subcrtico, la temperatura tanto delvapor sobrecalentado como del recalentado es generalmente de 540C.


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La diferencia de caudal entre el sobrecalentador y el recalentador es del10 al 15% debido a las extracciones que se llevan a cabo en la turbinade alta presin para el calentamiento del agua de alimentacin.

Variables bsicas de diseo:a) La temperatura de fusin del metal.b) La prevencin de la corrosin y los esfuerzos debidos a las altas

temperaturas.c) La temperatura de salida del vapor.d) Las prdidas de carga en el lado del gas de combustin y el

lado del vapor.

Caldern (evaporador, 8).

El objetivo del caldern es la separacin del agua lquida y el vapor.Dentro del caldern se llevan a cabo los siguientes procesos:

a) La eliminacin de las impurezas contenidas en el vapor y lahumedad residual que pudiera contener antes de atravesar lossobrecalentadores.

b) La mezcla del agua de alimentacin con la fase lquida queviene durante la evaporacin en la pared de tubos de agua.

c) La disolucin de los compuestos qumicos aadidos para evitarla corrosin de los tubos en el sobrecalentador.

d) La disposicin de vapor auxiliar para otras aplicaciones en laplanta, como por ejemplo, vapor para el soplado de los tubos opara precalentar aire de combustin.

e) El almacenamiento de una cierta cantidad de agua ante cambiosdel nivel de carga de la caldera.

Economizadores (6, 7).

Son intercambiadores de calor a contracorriente, cuyo objetivo es larecuperacin del calor que est contenido en los gases de combustinpara calentar el agua de alimentacin y llevarla a una temperaturaprxima a la de saturacin.


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Estn colocados en la zona de menores temperaturas del gas decombustin (dentro de la caldera al final). El diseo del economizador esde tal manera que para favorecer la transferencia del calor porconveccin el espacio entre los tubos es menor y por lo tanto lavelocidad de los gases de combustin es mayor.

Sistemas de control de temperatura del vapor.

El control de la temperatura del vapor es fundamental para elfuncionamiento de la caldera. El objetivo es evitar daos sobre losequipos como los intercambiadores y las turbinas. Existen dos mtodospara llevar a cabo este control:

a) La reduccin de la temperatura del vapor por medio deatemperaciones con agua.b) La reduccin del coeficiente de absorcin, la cual se lleva a

cabo por la recirculacin del gas de combustin o la inyeccinde un caudal de aire.


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4.2 Combustin

El proceso de combustin consiste en la oxidacin de los componentesde un reactante cuya velocidad de reaccin depende del tipo deoxidacin. El proceso de combustin u oxidacin se manifiesta demuchas formas en la naturaleza. Para el caso de una combustin de uncombustible fsil con oxigeno del aire existe una unin qumica entre loscomponentes del combustible y oxigeno que es controlada a unavelocidad de reaccin determinada de tal manera que produzca energacalorfica que posteriormente ser utilizada. En la figura siguiente semuestra el proceso de combustin.

REACTANTES PRODUCTOS

CombustibleC H O N S

v w x y z

Comburente: AireN , O , H O

2 2 2

CO, CO , H O, SO,

N , O , Partculas2 2 2

2 2

Energa Calorfica

Cmara deCombustin

Figura 4.4. Proceso de combustin.

Las principales reacciones que tienen lugar cuando se quema un

combustible (carbn y fuel-oil) en una caldera convencional son:

C + O2CO2C + O2COH2+ O2H2ON2+ O2NOS + O2SO2

En muchos procesos de combustin el oxigeno requerido es el contenido

en el aire. La composicin del aire en una base molal es deaproximadamente 21% de oxigeno, 78% de nitrgeno y 1% de argn,por lo que la relacin de nitrgeno por cada mol de oxigeno es78/21=3.76. Consideremos la combustin del metano:

CH4+ 2O2+ 2(3.76)N2CO2+2H2O + 7.52N2


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La cantidad mnima que se requiere para que se lleve a cabo unacombustin completa se llama aire terico (o estequiomtrico). En esteproceso todos los elementos que contiene el combustible reaccionan ylos productos no contienen oxigeno. En la prctica generalmente esnecesario agregar mas aire que el terico, este aire es llamado aire deexceso.

Existen dos parmetros importantes que se aplican a los procesos decombustin:

a) La relacin Aire-Combustible, expresado en una base de masa.b) La relacin Combustible-Aire, expresado en una base de masa.

Los parmetros anteriores son con base a aire terico.

En la prctica, generalmente un proceso de combustin no es completo,por lo que se deben utilizar los parmetros anteriores para evitar lageneracin de contaminantes como son: CO, NOx, SOx y materialparticulado, adems de inquemados (combustible sin reaccionar).

Para acercarse lo ms posible a una reaccin completa de uncombustible es necesario conocerlo a fondo, por lo que se handesarrollado diversos sistemas y modelos de combustin para este fin. Acontinuacin se presentan.

4.3 Sistemas de combustin.

4.3.1 Sistema de parrilla.

Las parrillas se construyen mediante piezas de fundicin de diferentesformas entre las cuales circula el aire de combustin. El combustible se

arroja sobre las parrillas entrando en combustin las partculas mspequeas y las ms grandes se queman en la parrilla.

Para este sistema, hay dos maneras de mezclar el aire de combustin:

Impulsar tanto el aire primario como el secundario hasta la cmara decombustin por un ventilador.


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Colocar nicamente un ventilador que aspire el aire de la atmsfera ala parrilla y mezclarlo con el combustible. El inconveniente es que haygrandes excesos de aire lo cual provoca una disminucin en elrendimiento.

Los hogares de parrilla pueden ser de tres tipos:

Hogares de parrilla horizontal fija. El combustible es inyectado por laparte superior de la parrilla, con entradas de aire primario por debajo yaire secundario por los lados. Este sistema es apropiado paramateriales en los que predominan partculas pequeas y bajahumedad.

Hogares de parrilla fija inclinada. El combustible se desplaza

resbalndose a lo largo de la parrilla. De esta manera se consigueque los procesos de secado, separacin de voltiles y combustin seproduzcan separadamente, pudiendo regular el proceso con facilidad.El aire primario entra por debajo de la parrilla y el secundario lo hacepor las paredes del hogar. El diseo debe ser de tal manera que elaire no arrastre las partculas de carbn con los humos.

Hogares de parrilla mvil. En este tipo, las parrillas pueden serhorizontales o inclinadas, la diferencia es que son mviles parapermitir la continua o intermitente descarga de cenizas y el avance del

combustible. Este tipo es apropiado para el caso en que elcombustible lleve una cantidad considerable de inertes y que elcombustible vaya a producir grandes cantidades de ceniza. El tiempode permanencia del combustible para que la combustin sea laadecuada debe considerarse por lo que se debe regular la velocidadde avance respecto a la alimentacin del combustible.

4.3.2 Quemador ciclnico.

Quema combustibles slidos pulverizados (por ejemplo, carbn). El

combustible es introducido a presin mediante un sistema neumtico detal manera que adopte un movimiento helicoidal dentro de la cmara almezclarse con el aire de combustin. La cmara debe ser calentadapreviamente mediante un combustible de apoyo que se utilizanicamente en los perodos de arranque. Este sistema es recomendablepara instalaciones de gran potencia de entre 2 millones de Kcal/h (2.5MW) hasta 12 millones de Kcal/h (14 MW).


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Las ventajas son:

Se puede utilizar para varios combustibles. Se puede regular la forma y longitud de la flama simple y

eficazmente. Tiene buen rendimiento trmico en comparacin al de los

combustores de combustibles lquidos convencionales. Su mantenimiento es sencillo.

Las desventajas son:

El combustible no debe tener un grado de humedad del 15%. El combustible debe estar finamente pulverizado. La inversin es elevada.

4.3.3 Combustin en lecho fluido.

La combustin se lleva a cabo en un ambiente de partculas decombustible y cenizas suspendidas y en algunos casos con un inerte oabsorbente (por ejemplo, arena en el caso de biomasa), los cuales son

fluidizados por una corriente de aire de combustin que es dirigido deabajo hacia arriba.

Las caractersticas de los lechos fluidos son:

El lecho se comporta como un lquido con su misma densidad. Hay movimiento rpido de las partculas, lo que facilita la mezcla

de los slidos. Se dispone de una gran rea superficial.

Existe una buena transmisin de calor del lecho a la superficie ydel gas a las partculas. La distribucin de temperaturas es la misma tanto radial como

axialmente.


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La prdida de presin a travs del lecho depende de laprofundidad y de la densidad de la partcula.

El movimiento de las partculas es generalmente a travs de lalnea de corriente. En las partes en donde la velocidad del gases alta, suele haber erosin de las superficies y atriccin departculas.

Los inconvenientes son:

Causa abrasin. La necesidad de utilizar ciclones para evitar el arrastre de

inquemados slidos. Complejidad del sistema de alimentacin. Equipo especial para realizar la molienda adecuada del

combustible, lo que encarece el proceso.

Segn la velocidad de fluidizacin, el lecho fluido puede ser de tres tipos:

1. Lecho fijo esttico, figura 4.5(a). Se da cuando la velocidad del aire esbaja y pasa a travs de las partculas sin producir distorsin. En estetipo de lecho la prdida de carga es creciente con la velocidad delgas.

2. Lecho suspendido o burbujeante, figura 5.5(b). Se da cuando seaumenta la velocidad de la corriente de aire y las partculascomienzan a moverse en un movimiento vertical y permanecensuspendidas en el aire. La prdida de carga en este momento esconstante.

3. Lecho Fluidizado, figura 4.5(c). Se da cuando el aumento de lavelocidad del aire es mximo originando una expansin del lecho loque permite mayor facilidad de movimiento de las partculas en suinterior. La superficie de separacin cada vez es menos ntida y acabadesapareciendo, dando lugar a la fluidizacin y todo el lecho acabasiendo arrastrado. Para este tipo la prdida de carga es baja.


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(A) (B) (C)

Figura 4.5. Estados del proceso de fluidizacin.

El lecho se comporta como un lquido en ebullicin y el calor se transfiere

rpidamente a las paredes o a los tubos del lecho. Las temperaturas alas cuales operan los lechos fluidos son entre 760 y 870C [10] debido alas velocidades muy altas de reaccin. Estas temperaturas son inferioresa las temperaturas en que las partculas de ceniza comienzan aaglomerarse.

El rango de temperaturas de un lecho fluido es inferior al utilizado en lascalderas con hogar de parrilla (1000 a 1200C [10]) por lo que producenmenor cantidad de NOx.

En la figura 4.6 tres posibles modelos de lecho fluidizado.

1. El modelo I es un lecho burbujeante denominado lecho bajo. Operacon bajas velocidades de fluidizacin. Este modelo se utiliza concombustibles que requieren bajos tiempos de residencia. Provocabajas prdidas de presin y el coste para el soplado es bajo.

2. El modelo II es un lecho burbujeante denominado lecho profundo olecho altamente expandido. Opera con una velocidad de fluidizacinmayor que el primero por lo que la altura del lecho y el tiempo de

residencia son mayores.3. El modelo III es un lecho fluido circulante. Opera con velocidades muy

altas de fluidizacin. Debido a la velocidad, se produce un arrastre deslidos que se reciclan al pasar por el cicln. Este tipo de combustores de alto rendimiento. Los tiempos de residencia son muy altos por loque disminuyen los inquemados a valores comprendidos entre 1 y4%.


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Modelo I Modelo II Modelo III

Figura 4.6. Tipos de lecho fluidizado.

Los modelos anteriores se pueden dividir en atmosfricos y presurizadosdependiendo de la presin de operacin. Los modelos presurizadosoperan a presiones mayores que la atmsfera que son normalmenteentre 5 y 20 atm (507 y 2027 KPa) y tienen menor tamao y mejorrendimiento que los modelos atmosfricos.

4.4 Modelos de simulacin de calderas

Actualmente la modelizacin de calderas ha tenido una importanciacreciente en los ltimos aos. Las razones por las cuales se requiere unamodelizacin de una caldera son las siguientes:

Mejorar la eficiencia de la combustin. Utilizar combustibles de menor rango, por ejemplo, RDF y

biomasa. Reduccin de las emisiones contaminantes para cumplir con las

normas medioambientales.


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Incrementar la vida til de los equipos.

Los mtodos que generalmente han sido aplicados son totalmenteempricos, es decir, son basados en el funcionamiento del equipo aaplicando el mtodo de prueba y error y esto implica que losrequerimientos anteriormente mencionados no se satisfagan. Losmodelos matemticos se han impuesto paulatinamente, por lo que laspruebas experimentales realizadas se hacen tomando como base unmodelo matemtico, lo cual nos lleva a un resultado ms concreto. As,la siguiente figura muestra la metodologa para estimar el campo detemperaturas de los gases de combustin en el hogar, zona convectiva yprecalentadores de la caldera.

Geometradel generador

de vapor

Condicionesde operacin

Caractersticasdel combustible

Estimacin delcampo de

temperaturas

Campo demovimiento

del gas

Cintica decombustin

Propiedadespticas delos gases

Propiedades delas paredes

(

Liberacin decalor en la

caldera

Intercambiotrmico

(radiativo yconvectivo)

Distribucin deflujos de calora las paredes

Campo detemperaturas

SI

NO

FIN

Figura 4.7. Metodologa para el clculo del campo de temperaturas delos Gases de

Combustin en la caldera.

Existen dos tipos de modelos matemticos para la modelizacin decalderas: modelos semiempricos y modelos avanzados.

4.4.1 Modelos semiempricos


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Los modelos semiempricos son los que ms se han utilizado paracalcular el funcionamiento de una caldera de potencia. Una de lasprincipales ventajas de este tipo de modelo es que son aptos para usocomercial y proporcionan una respuesta rpida a los problemas defuncionamiento en plantas existentes ofreciendo informacin global muycompleta. Las desventajas de este tipo de modelo son que no tiene lasuficiente capacidad para describir los comportamientos de las variablesde forma local y requiere de una extensa y muy completa informacin devariables del funcionamiento real de la planta o del conocimientoemprico de su comportamiento.

Los modelos empricos se utilizan principalmente en la zona convectiva yen los precalentadores. Tambin se pueden aplicar en el hogar, pero

solamente para calcular el campo de temperaturas de los gases a lasalida del hogar y la cantidad de calor total intercambiada.

En el siguiente apartado se incluye un modelo semiemprico para unacaldera de potencia de carbn pulverizado.

4.4.1.1 Modelo semiemprico para una caldera de carbnpulverizado.

A) Clculos generales.

Para el proceso de construccin del modelo es necesario una expresinque relacione los flujos de calor promedio y las propiedades fsicas delcombustible y son las siguientes [11]:

A

ecombustiblecombustiblhogar

Q

PCImA

4.1

V

ecombustiblecombustiblhogar

Q

PCImV

4.2

Tambin es necesario tener el rendimiento de la caldera que se definecomo sigue:

100

disponible

vapor

Calderaq

q 4.3


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El calor total absorbido por el vapor, qvapor, est dado por la siguienteexpresin:

ecombustibl

aalvapcRHeRHRHaaSHSH

vaporm

hhmhhmhhmq

)()()( 4.4

Donde:

:SHm Caudal de vapor sobrecalentado.:RHm Caudal de Vapor recalentado.:apcm Caudal de agua por las paredes de la caldera.

hSH: Entalpa del vapor sobrecalentado.hSHe: Entalpa del vapor de entrada al sobrecalentador.hRH: Entalpa del vapor recalentado.hRHe: Entalpa del vapor de entrada al recalentador.hlv : Entalpa del lquido-vapor de entrada al caldern desde las

riders.haa: Entalpa del agua de alimentacin.

El calor disponible en el combustible, qdisponible, es:

ecombustiblpecombustibldisponible TcPCIq )( 4.5

Donde cpTes el calor sensible del combustible.

Existen dos mtodos para el clculo del rendimiento de la caldera:

1. Mtodo directo. Es el conjunto de salidas (outputs) del sistemadividido entre el conjunto de entradas de energa al sistema(inputs).

2. Mtodo indirecto. Se lleva a cabo mediante la contabilizacindel conjunto de prdidas de energa que se producen en elsistema dividiendo entre el conjunto de entradas al sistema.


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Las prdidas que se van a contabilizar en el clculo del modelosemiemprico son las siguientes:

Calor contenido en los gases de escape. Calor perdido por combustin incompleta. Calor perdido por inquemados slidos. Calor cedido al medio ambiente. Calor perdido por calor sensible de las escorias.

El calor disponible en el combustible puede expresarse como:

65432 qqqqqqq vapordisponible 4.6

Donde:

q2 : Prdidas debidas a la energa contenida en los gases deescape.

q3: Prdidas por combustin incompleta.q4: Prdidas por inquemados.q5: Prdidas por el calor cedido al ambiente.q6: prdidas por el calor sensible de las escorias.

Dividiendo la ecuacin anterior por qdisponible y multiplicando por 100,obtenemos el rendimiento de la caldera:

'

6

'

5

'

4

'

3

'

2100 qqqqqcaldera 4.7

Donde:

1006...2' 6...2

disponibleq

qq

B) Clculos en el hogar.

La aplicacin del mtodo semiemprico en el hogar es con el propsitode calcular la transferencia de calor y el campo de temperaturas de losgases de combustin en la seccin de salida del hogar.


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Estos clculos deben considerar la totalidad de los factores tantogeomtricos como operativos que afectan a los procesos detransferencia de calor en el hogar. La relacin de la temperatura del gasde combustin a la salida del hogar, Tsalida, a la temperatura adiabtica decombustin, Tadiabtica, es la siguiente [10]:

6.06.0

6.0

tadiabtica

salida

kBo

Bo

T

T

4.8

Donde:

: Coeficiente funcin de la distribucin de temperaturas en elhogar.

kt: coeficiente de radiacin trmica del hogar.

A continuacin se desglosan los trminos que componen la ecuacinanterior:

i)adiabticaparedo TA

VCBrBo

...

..

Donde:

VC : Capacidad calorfica de los gases en el intervalo Tsalida-Tadiabtica[KJ/Kg.K].

Apared: Superficie total de las paredes de agua en el hogar [m2].

: Eficiencia trmica promedio de las paredes de agua.Br : f(Caudal de aire, caudal de combustible).

pared

iparedii

A

Ax ,

Apared,i: Superficie de cada una de las paredes de agua [m ].xi : Coeficiente angular de cada una de las paredes de agua (esfuncin de su geometra) [12].i: Coeficiente de ensuciamiento de cada una de las paredes deagua (es funcin del tipo de combustible) [12].

: Coeficiente de retencin de calor.


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calderaq

q

'

5

'

51

ii)

E

Ekt

11

1

Donde:

E: Emisividad de la llama; se calcula de distinto modo en funcin del tipode combustible, ya que el tipo de llama producida ser distinto:

Combustibles slidos:

pSKfeE 1

p: presin de los gases en el hogar (tpicamente de 1 bar =0.1 MPa).S: Longitud media del haz de radiacin [m].

Kf: Coeficiente de absorcin [m- .Mpa- ].

La longitud media del haz de radiacin puede aproximarse para unacavidad llena de un gas con molculas participativas con la siguienteexpresin:

pared

F

A

VS

6.3

El coeficiente de absorcin est en funcin del gas de combustin, de lascenizas que arrastra y las partculas de coque sin quemar. Se calculacon la siguiente expresin:

caagf KxxKrKK 21

Kg : Coeficiente de absorcin de los gases triatmicos [m-1Mpa-1]

Ka: Coeficiente de absorcin de las cenizas [m-1Mpa-1]


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Kc : Coeficiente de absorcin de las partculas de coque [m-1Mpa-1]r : Concentracin volumtrica de gases triatmicos [tanto poruno]a : Concentracin de cenizas volantes en el hogar [tanto poruno]

x1: Constante funcin del combustible [12]x2: Constante funcin de los equipos de quemado [12]

Los trminos de la ecuacin anterior se describen a continuacin:

a)

1000

37.011.0

10

6.178.010

5.0

2 salidaOH

g

T

pSr

rK

OHr 2 : Concentracin volumtrica de vapor de agua en los

gases.

b) 3

2

5990

asalida

a

DTK

Da : Dimetro promedio de las partculas de ceniza (carbn13-16m)

c)cg

paredfa

am

Aa

/100

cgm / : Masa de gases de combustin por unidad de masa de

combustible [Kg/Kg]afa: Fraccin de cenizas volantes en el hogar [tanto por uno,

afa=1-afl]

Combustibles lquidos y gaseosos:

glumfl ammaa )1(

m: Fraccin luminosa de la llama. Es funcin del combustible[12]


25/104



alum: Emisividad de la porcin luminosa de la llamaag: Emisividad de la porcin no luminosa de la llama

lumpSKlum ea

1

Klum : Coeficiente de absorcin de la porcin luminosa de lallama,[m-1MPa-1]

sglum KrKK

Ks: Coeficiente de absorcin de las partculas de holln,[m-1MPa-1]

w

w

salidaaires

H

CTK 5.0

1000

6.1)2(3.0

Cw : Contenido msico en carbono del combustible, en basehmeda.

Hw : Contenido msico en hidrgeno del combustible, enbase hmeda.aire: Coeficiente de exceso de aire contenido en los gases

de combustin en la seccin de salida del hogar.

grpSKg ea

1

Los trminos de esta ecuacin ya han sido explicados.

iii) bXa

Donde:

a: Coeficiente emprico funcin del tipo de combustible [12].b: Coeficiente emprico del tipo de equipos de quemado [12].

X: Posicin relativa de la zona de mxima temperatura del hogar.


26/104



La posicin relativa dentro del hogar es dependiente de la posicinrelativa de los quemadores en el hogar. El parmetro Xse calcula comosigue:

X=Xb+X

Xb: Altura relativa de los quemadores en el hogar.X: Posicin relativa de la llama en el hogar.

iv) 273VC

qT uadiabtica

Donde:

VC: Capacidad calorfica de los gases en el intervalo 0-Tadiabtica[KJ/Kg.K]qu: Calor til aprovechado en el hogar [KJ/Kg]

airedisponibleu qq

qqqqq

'

4

'

6

'

4

'

3

100

100

o

aireaire

o

aireaire hhq

qaire: Calor introducido en el hogar por el aire, tanto fro comocaliente [KJ/Kg]

o

aireh : Entalpa del volumen terico de aire caliente [KJ/Kg]

aire : Incremento del coeficiente de exceso de aire en losgases del hogar, considerando las infiltraciones de airedesde los alrededores del mismo.

Considerando las ecuaciones i), ii), iii) y iv) obtenemos la temperatura delos gases de combustin en la seccin de salida del hogar.

6.0311

1067.51

VCBr

TkAx

TT

adiabticatpared

adiabticasalida

4.9


27/104



El balance de energa del hogar en el lado gas es:

)()( salidaadiabticasalidaucambio TTVChqq 4.10

Donde:

qcambio: Calor intercambiado en el hogar [KJ/Kg].hsalida: Entalpa de los gases en la seccin de salida del hogar [KJ/Kg].

Adems, obtenemos el flujo de calor promedio producido por radiacinen el hogar:

A

BrqQ cambioradiacin 4.11

Donde:

radiacinQ : Flujo de calor promedio por radiacin en el hogar [KW/m2].

A : Superficie radiante total de las paredes del hogar [m2], donde:

pared

iparedi

A

AxA ,

C) Clculos en la zona convectiva.

La siguiente ecuacin modeliza la cantidad de calor transferida en losbancos de tubos de intercambio gas-vapor en la zona convectiva de lacaldera.

Br

TUAq tt

4.12

Donde:

U: Coeficiente global de transferencia de calor [KW/m2/K].At: Superficie total de intercambio [m

2].


28/104



T: Media de temperaturas de los flujos [K].qt: Calor intercambiado en el equipo [KJ/Kg].Br : f(Caudal de aire, caudal de combustible).

El balance de energa en el lado gas es:

)( seb hhq 4.13

La ecuacin anterior nos indica que el calor intercambiado por balancees la diferencia de entalpas del gas de combustin que entra y sale.

En lo que respecta al balance de energa del lado vapor, la posicin del

banco de tubos es importante respecto del hogar ya que del proceso deradiacin depende la transferencia de calor global. Se distinguen lassiguientes zonas:

1. Secciones cercanas al hogar.

radiacin

vaporesvapor

b qBr

hhmq

)( 4.14

Donde qradiacin es el flujo de calor radiante proveniente de hogar1

y esigual a la diferencia entre el flujo de calor de entrada y salida(qradiacin=qradiacin,e-qradiacin,s).

El calor de flujo radiante de entrada, qradiacin,e, es:

Br

AQRq salidaradiacinHeradiacin

, 4.15

Donde:

: Coeficiente en funcin de Tsaliday del tipo de combustible [12].RH : Coeficiente de distribucin de la absorcin de calor por alturas delhogar. Es funcin del tipo de combustible [12].

Asalida: Superficie de la salida de gases del hogar.

1El calor que abandona el hogar hacia secciones posteriores es:qradiacin=RHQradiacinAsalida/Br


29/104



El calor de flujo radiante de salida, qradiacin,s, es:

egeradiacinequiposradiacin xaqqq )1(,, 4.16

Donde:

ag: Emisividad de los gases en el equipo.qequipo : Radiacin emitida por el gas desde el equipo de estudio haciaequipos posteriores.

xe : Coeficiente angular de radiacin desde la seccin de entrada a lasalida del equipo.

LL

es

b

s

bx

5.02

1

b : Profundidad del banco de tubos en la direccin del flujode gases

sL: Espaciado entre filas de tubos

BrTAaxq pegequipo

411

1067.5

Ape: Superficie de la seccin de salida de gases del equipoT: Temperatura promedio absoluta de los gases del equipo: Coeficiente funcin del tipo de combustible.

2. Secciones alejadas del hogar.

Para secciones alejadas del hogar, el flujo de calor radiante provenientedel hogar es cero (qradiacin=0), por lo tanto de la ecuacin 4.14 se obtiene:

Br

hhmq

vaporesvapor

b

)(

4.17


30/104



Con la siguiente expresin se determina el coeficiente global detransferencia, U, para intercambiadores de calor de banco de tubossituados en secciones alejadas del hogar y para precalentadores de airede tipo tubular.

iin

in

tubo

tubo

ex

ex

o hh

U11

1

4.18

Donde:

ho: Coeficiente de conveccin exterior del gas-metal [KW/m2/K].

hi: Coeficiente de conveccin interior del metal-vapor [KW/m2/K].

ex: Espesor de la capa de suciedad externa al tubo.ex: Conductividad trmica de la capa de suciedad externa [KW/m/K].tubo: Espesor de la pared del tubo.tubo: Conductividad trmica de la pared del tubo [KW/m/K].in: Espesor de la capa de suciedad interna del tubo.in: Conductividad trmica de la capa de suciedad interna [KW/m/K].

Generalmente se cumple que:

0in

in

tubo

tubo

Por lo tanto, la ecuacin 4.18 queda como sigue:

io hh

U11

4.19

Donde es el coeficiente funcin del combustible y del equipo deintercambio.

En las secciones cercanas al hogar se tiene que considerar el efecto dela radiacin y del ensuciamiento depositado en las paredes de los tubos.Por lo tanto:


31/104



iabsorcin

radiacin

o hq

q

h

U1

11

1

4.20

Donde es el coeficiente de ensuciamiento que es funcin delcombustible [m2K/KW] y qabsorcin es la absorcin total (radiacin msconveccin) de calor en el equipo.

Para el trmino correspondiente al coeficiente exterior, ho, se calcula losiguiente:

El coeficiente convectivo de intercambio, hc[KW/m2/K].

El coeficiente radiativo de intercambio, hr[KW/m2/K].

As, la expresin es:

)( rco hhh 4.21

Donde es el coeficiente corrector en funcin del camino del flujo degases por el equipo; para un flujo a contracorriente, =1.

Para el clculo del coeficiente convectivo, hc, se desarrolla en funcin del

tipo de equipo. As, se tienen los siguientes casos:

a) Banco de tubos alineados con flujo cruzado de los gases.b) Banco de tubos al tresbolillo.c) Flujo longitudinal de los gases externos.d) Precalentadores regenerativos.

Los cuales se describen a continuacin:

a) Banco de tubos alineados con flujo cruzado de los gases.

35.0

65.0

D

Ccch nsc

Donde:


32/104



: Coeficiente funcin de la temperatura y del fluido.cs: Coeficiente funcin de la geometra de los tubos [13].cn: Coeficiente funcin del nmero de filas de tubos [13].C: Velocidad del gas a su paso por el equipo.

D: Dimetro de los tubos.

b) Banco de tubos al tresbolillo.

4.0

6.031098.16

D

Cccxh nsc

c) Flujo longitudinal de los gases externos.

2.0

8.0

D

Chc

d) Precalentadores regenerativos.

e

Lf

cD

Cch

4.08.0PrRe

027.0

Donde:

Re: Nmero de Reynolds.Pr: Nmero de Prandtl.cf: Coeficiente funcin de la temperatura de la superficie de intercambio[12].CL: Coeficiente funcin de la geometra [12].

De: Dimetro equivalente.: Conductividad del fluido, aire o gas [KW/m/K].

Para el clculo del coeficiente radiativo, hr, se desarrolla bajo la hiptesisde masa de gas isoterma irradiando a su entorno gris. As, la expresines:


33/104



g

AW

R

g

AW

ggr

T

T

T

T

Taxh

1

1

101.5 311 4.22

Donde:

R: Coeficiente funcin del combustible:Slido R=4Lquido gaseosoR=3.6

Tg: Temperatura promedio del gas en el equipo [K].Ag: Emisividad de los gases.

TAW: Temperatura de la pared del tubo en condiciones de suciedad [K].

A continuacin se desglosan los componentes de la ecuacin 4.22:

i) )(1 KpSg ea

ii) aag KrKK

iii)

1.0

10

6.178.0

1000

37.0110

5.0

2

pSr

rTK

OHg

g

iv) 325990

ag

a

DTK (Kaaparece con combustibles slidos)

La longitud media del haz, S, es:

Equipos tubulares de intercambio gas-vapor.

14

9.02

21

D

SSDS

S1: Espaciado transversal de los tubos.S2: Espaciado longitudinal de los tubos.

Recintos huecos.

Superficie

VolumenS 6.3


34/104



La temperatura de la pared de los tubos con ceniza en la parte exteriorse calcula dependiendo del equipo y del tipo de combustible:

v) Sobrecalentadores y recalentadores, combustible slido o lquido.

A

HBr

hTT

i

fAW

1

Tf : Temperatura promedio del vapor en el equipo deintercambio [K].: Coeficiente de ensuciamiento en funcin del combustible[m2K/KW].

H: Absorcin total de calor en el equipo [m2K/KW].A: Superficie total de intercambio.hi : Coeficiente de conveccin interior metal vapor[KW/m2/K].

vi) Combustible gaseoso, todas las secciones de caldera.

25 fAW TT

Si existen cmaras vacas en las zonas contiguas a los equipos deintercambio, los gases contenidos en esas cmaras irradia calor hacialos propios equipos; por lo tanto, el valor corregido de hres:

07.025.0

''

10001

B

RRrr

L

LTAhh 4.23

Donde:

''

rh : Coeficiente radiativo corregido [KW/m2/K].TR: Temperatura de los gases en la cmara vaca [K].

LR: Profundidad de la cmara.LB: Profundidad del banco de tubos.


35/104



A: Coeficiente funcin del combustible.

La media de temperaturas de los flujos, T, correspondiente a laecuacin 4.12 es:

ccTFT 4.24

Donde:

F : Factor de correccin de la media de temperaturas; es funcin delcamino seguido por los flujos de intercambio y de la geometra delequipo [12].Tcc: Media de temperaturas con flujo a contracorriente [K]. Se calcula

como sigue:

vegs

vsge

vegsvsge

cc

TT

TT

TTTTT

ln

)()(

Tge: Temperatura del gas entrante al equipo.Tvs: Temperatura del vapor saliente del equipo.Tgs: Temperatura del gas saliente del equipo.Tve: Temperatura del vapor entrante al equipo.

D) Clculos en precalentadores aire-gas.

En esta seccin se utiliza el mtodo -NTUpara precalentadores aire-gasde tipo tubular. La eficiencia del precalentador es la siguiente:

maxq

q 4.25

Donde es la eficiencia, q es el calor transferido y qmax es la cantidadmxima de calor que podra transferirse. Este calor mximo sera el quese transferira si el equipo opera a contracorriente y si el flujo de menorcalor especfico sale a una temperatura igual a la de entrada del otroflujo.


36/104



Considerando que el flujo fro es el de menor calor especfico y ademses constante, se tiene la siguiente expresin para calcular la eficiencia:

fece

csce

f

c

TT

TT

c

c 4.26

Donde ccy cfson los calores especficos de los flujos caliente y fro, y Tey Tslas temperaturas de entrada y salida.

La eficiencia de cada precalentador est en funcin del nmero deunidades de transferencia de calor, NTU, el cociente de caloresespecficos y la disposicin de los flujos.

El NTU es una relacin entre el rea total de intercambio de calor porlado, A, el mnimo calor especfico de los flujos cfy el coeficiente globalde transferencia de calor, U.

fc

AUNTU 4.27

Para el caso de precalentadores de tipo regenerativo, se utiliza una

variedad del Nmero de unidades de intercambio de calor que esdenominado Nmero modificado de unidades de transferencia de calor,

NTUo, que es aplicado al mtodo anteriormente expuesto. Por lo tanto,se denomina mtodo -NTUo.

En un regenerador no se puede hablar de conduccin de calor desde unflujo caliente hacia un flujo fro, puesto que no existe una pared quesepare los fluidos, como ocurre con los equipos recuperativos.

En este caso, el calor es intercambiado alternativamente por un flujocaliente y otro fro con una misma matriz, por lo que el valorNTUno tienesignificado fsico. Adems, es necesario contabilizar el perodo deintercambio de cada flujo con la misma matriz y la propia capacidadcalorfica de la matriz. Por la tanto, la eficiencia est dada por:


37/104



ff

matriz

cc

ff

cc

ff

Pc

c

P

P

Pc

PcNTUof uncin ,,,

4.28

Donde Pc y Pf son los perodos en el lado caliente y fro, y c y f lasconductancias convectivas en cada lado.

Con la siguiente expresin se calcula el NTUo:

ff

ffPc

ANTUo

11

1 4.29

Hasta aqu queda completado el clculo del modelo semiemprico. Losresultados se debern cotejar con los obtenidos por el diseo de pruebasen Planta, las cuales debern contemplar distintas condiciones deoperacin.

4.4.1.2 Modelo de ensuciamiento.

El objetivo del modelo de ensuciamiento es modelizar la degradacin de

la transferencia de calor debida a la escoria depositada sobre lasparedes de agua del hogar (slagging) y a las cenizas acumuladas sobrelos bancos de intercambio (fouling).

El uso de este mtodo tiene como inters:

La optimizacin del vapor de soplado utilizado para la limpieza de lasuperficie exterior de los tubos.

Determinacin de las condiciones de operacin (en especial la mezcla

de carbn quemada que mayor influencia pueden tener sobre elensuciamiento).

La principal herramienta es la implantacin de un sistema de deteccinde la suciedad en tiempo real, a partir de los clculos estadsticos y detransferencia de calor.


38/104



El proceso de clculo es el siguiente:

1. Determinacin de la situacin limpia de funcionamiento encondiciones tericas.

2. Determinacin de la situacin limpia de funcionamiento encondiciones reales.

3. Eleccin de la variable que represente el grado de suciedad segnla zona de estudio.

4. Determinacin de la situacin real (sucia) de operacin en cadainstante determinado.

5. Cuantificacin del nivel de suciedad por comparacin entre lospuntos 2 y 4.

El mtodo de ensuciamiento considera tres partes de la caldera que sonlas variables representativas de la suciedad:

Hogar. Temperatura de pared sucia. Intercambiadores de calor. Resistencia trmica equivalente. Precalentadores de aire-gas. Eficiencia.

A continuacin se explica detalladamente el mtodo de ensuciamientopara las tres variables anteriormente establecidas.

A) HOGAR. Temperatura de la pared sucia.

En el hogar es donde se lleva a cabo el proceso de combustin y dondela mayor cantidad de calor producido es absorbida por el vapor quecircula en las paredes de agua y en donde las cenizas e inquemados sondepositados en mayor cantidad. A continuacin se presentan los datosconsiderados para el clculo de la pared sucia.

Temperatura del vapor dentro de los tubos (temperatura de

saturacin). Calor absorbido por el vapor (medidores de calor). Irradiacin de los gases (clculos de radiacin). Geometra y materiales de construccin.

La figura siguiente muestra un esquema de la pared sucia (tubo de aguay cenizas).


39/104



Tc e n i z a

Tm e t a l

Ts a t u r a c i n

Gas

Vapor

G

qv a p o r

Ceniza

Tubo

Tc e n i z a c e n i z a

4

G

Tc e n i z a

Tm e t a l

Ts a t u r a c i n

Rc e n i z a

Rm e t a l

Rc o n v e c c i n

qv a p o r

a) b) Figura 4.8. Pared sucia.

Sobre la base de los datos establecidos anteriormente, se calcula latemperatura de la pared sucia, Tceniza, mediante tres pasos:

1. Balance de energa en la pared.

El balance de energa es calculado mediante la siguiente expresin:

vaporcenizas qTGG 4 4.30

Donde el calor total que es absorbido por la ceniza, G, es la suma de lafraccin perdida hacia el medio gas por conveccin, G, ms la fraccinperdida por radiacin, 4cenizasT , ms el calor ganado por el vapor, qvapor,como se muestra en la figura 4.8(a).

2. Relacin con el grado de suciedad.

El grado de suciedad se mide por el calor absorbido por el vapor. As,mediante la siguiente expresin, se calcula la cantidad real de calorabsorbido por el vapor.

conveccinmetalcenizas

saturacincenizasvapor

RRR

TTq

4.31

Como se muestra en la figura 4.8(b).

3. Condiciones tericamente limpias.


40/104



En este punto se asumen condiciones ideales con las cuales latransferencia de calor hacia el medio vapor es completa en su totalidad.

As, la resistencia de las cenizas tiende a cero y la temperatura de lascenizas tiende a la temperatura del metal y esta a su vez tiende a ser latemperatura de saturacin y como consecuencia el calor perdido porradiacin hacia el medio gas tiende a cero y el calor absorbido por elvapor tiende a ser transferido en su totalidad al vapor.

0cenizasR saturacinmetalcenizas TTT 4

c e n iT decrece y qvaporaumenta.

Para llevar a cabo estos clculos, existen varias dificultades:

Dificultad para calcular la irradiacin Gque llega a cada zona delhogar.

Deficiencia en la instrumentacin para medir los flujos de calor.

B) INTERCAMBIADORES DE CALOR. Resistencia trmica equivalente.

Los datos requeridos para el clculo de la resistencia trmica equivalente

en un intercambiador de calor son los siguientes:

Temperatura y presin del vapor a la entrada y salida delintercambiador.

Caudal del vapor circulante. Temperatura del gas a la entrada y salida del intercambiador. Caudal del gas circulante. Geometra y materiales de construccin.

Para el clculo de la resistencia trmica equivalente se llevan a cabo lossiguientes pasos:

1. Determinacin del Coeficiente global de transferencia, UA, de cadaintercambiador calculado a travs de correlaciones de transferenciade calor.


41/104



eriorerior

metalcenizas

exteriorexterior

ncorrelaci

AhRR

Ah

UA

intint

11

1

4.32

2. Determinacin del Coeficiente global de transferencia, UA, de cadaintercambiador calculado a partir de su definicin y estimando Q apartir de balances de energa.

lm

balanceT

QUA

4.33

3. Relacin con el grado de suciedad.

Si el Coeficiente global de transferencia por correlacin es igual alobtenido por balance, entonces implica la existencia de una resistenciapor cenizas.

UAcorelacin=UAbalance Rcenizas

4. Condiciones tericamente limpias.Asumiendo que el espesor de las cenizas es aproximadamente cero,implica que la resistencia tiende a cero y el Coeficiente global detransferencia y el calor obtenido por el balance aumentan.

La principal dificultad es que la transferencia de calor no se producenicamente entre dos focos, por lo que UAno es estrictamente vlida yadems no se pueden establecer balances de energa directos en el

equipo ya que no son ciertos; es decir, que por balance de energa elcalor cedido por el gas no es igual al calor absorbido por el vapor.

4.4.2 Modelos avanzados


42/104



Como se vio anteriormente, los modelos semiempricos solamente sirvenpara hacer una estimacin de la temperatura de los gases en la seccinde salida del hogar y la cantidad de calor intercambiado. Para describirdetalladamente los procesos que tienen lugar en el hogar se recurre a lautilizacin de modelos avanzados de caldera, basados principalmente enconceptos tericos; es decir, que no hay relacin con datos empricosexcepto para calibrar los resultados proporcionados por el propiomodelo. Los modelos avanzados son demasiado grandes y son capacesde adaptarse a nuevas situaciones de funcionamiento y proporcionaninformacin a los operadores en tiempos de respuesta relativamentecortos.

Actualmente han aparecido modelos avanzados tridimensionales que

tratan al mismo tiempo los procesos de flujo turbulento, combustin ytransferencia de calor por radiacin. A continuacin se enumeran losmodelos avanzados ms usados:

1. Modelo zonal.2. Modelo de Montecarlo.3. Modelo de armnicos esfricos.4. Modelo de ordenadas discretas.5. Modelo de viscosidad turbulenta -6. Modelo de combustin.

Se explican a continuacin solamente dos modelos (los ms usados).

4.4.2.1 Modelo Zonal.

El modelo zonal consiste en subdividir el medio en zonas isotermas yhomogneas de volmenes y superficies. Se plantean para cada zonabalances totales de energa. Este mtodo es considerado exacto s:

Las propiedades radiativas son conocidas con precisin.

Se utiliza un nmero suficiente de zonas.

Por lo tanto se necesita conocer la distribucin de la liberacin de caloren el hogar y el campo fluido para obtener la solucin.


43/104



En el caso de Medio Participativo con Gas Real y Paredes Grises1 sesigue un criterio propuesto por Hottel para escoger el tamao de laszonas y consiste en que el producto del coeficiente lineal de absorcin,k, por la magnitud caracterstica de la zona no sea mayor que 0.4, si sequiere obtener un error menor al 5%.

Las reas directas de intercambio representan la porcin de la emisintotal de una zona que es absorbida por otra en una trayectoria directa.Existen tres tipos de reas directas de intercambio, que a continuacinse explican:

1. Superficie-superficie.

El coeficiente de intercambio, Fij, se obtiene expresando la relacin entrela energa absorbida por una superficie, del total de emisin desde otrade origen.

ii

A A

krjjiii

ii

A A

ij

ijEA

er

dAdAE

EA

q

F i ji j

2

coscos

4.34

Donde:

iiidAE cos : Intensidad de emisin por unidad de ngulo slido, en la

direccin definida por i (ngulo con la normal a la superficie emisora).

2

cos

r

dA jj : ngulo slido subtendido por dAj desde un punto de la

superficie j.e-kr: Fraccin transmitida entre cada dos puntos de integracin, tras sufrirabsorcin por el medio.

Y el rea de intercambio es:

j jA A

ji

kr

ji

ij dAdAr

ess

2

coscos

4.35

1Medio Participativo. Es el medio que acta directamente con sus alrededores y en este caso son los gases decombustin que actan con las paredes de agua y los intercambiadores de calor.


44/104



2. Superficie-gas.

El rea de intercambio entre una zona de volumen i y una superficie j es:

j j

j j

A V

ij

kri

i

A V

krji

ii

ij dVdAer

k

E

er

dAdVkE

sg2

2

cos4

cos4

4.36

Donde:

iidVkE4 : Emisin en todas las direcciones desde el volumen i.24

cos

r

dAji

: Fraccin de la emisin desde el volumen i en los 4, que es

absorbida por la superficie, expresada como la relacin de ngulosslidos total de la emisin y el subtendido por la superficie j.

3. Gas-gas.

El rea de intercambio entre zonas de volumen es:

j j

j j

V V

ji

kr

i

V V

kr

j

j

ii

ij dVdVr

ek

E

ekdrr

dAdVkE

gg2

224

4

4.37

Donde:

dVkEi4 : Emisin en todas las direcciones desde el volumen i.

24 rdAj

: Fraccin de la emisin desde el volumen i en los 4, que es

absorbida por el volumen j, expresada como la relacin de ngulosslidos total de la emisin y el subtendido por la superficie dAj, resultantede proyectar el volumen j sobre un plano perpendicular a la direccin deestudio, entre cada dos puntos de integracin.


45/104



kdrj : Fraccin de la radiacin que es absorbida por el volumen j deespesor drj, al atravesarlo.


46/104



Una vez obtenidas las reas de intercambio se procede al clculo de lasreas de intercambio totales, las cuales permiten evaluar el intercambioradiativo entre dos zonas, conocidas sus temperaturas, permitiendo laexistencia de reflexin en alguna de las superficies de la cavidad [11].

Por ltimo, se hacen los balances energticos totales, los cuales son:

1. Balances en las zonas de volumen.

El balance trmico total en una zona de volumen queda expresado enfuncin de los trminos siguientes:

Qcombustin+Qradiativo,volumen+Qconvectivo,volumen+Qgases=0 4.38

Donde:

Qcombustin: Potencia liberada en la zona de volumen que es obtenido porel modelo de llama [W].Qradiativo,volumen : Potencia de radiacin aportada a una zona de volumen[W].Qconvectivo,volumen: Potencia de conveccin aportada a una zona de volumen[W].Qgases: Potencia neta aportada a una zona de volumen por el flujo de losgases de combustin [W].

2. Balances en las zonas de superficie.

En cada superficie de contorno se cede calor desde el volumen total deestudio por los mecanismos de radiacin y conveccin y asimismo se

producir un flujo neto de calor al exterior de la cavidad a travs de ellas.Este ltimo calor cedido al exterior ser en el caso de estudio aportado alos tubos de agua-vapor de la caldera.

El balance trmico total se calcula con la siguiente expresin:

Qradiativo,superficie+Qconvectivo,superficie=Qpared 4.39


47/104



Donde:

Qradiativo,superficie : Potencia de radiacin aportada a una zona de volumen[W].Qconvectivo,superficie: Potencia de conveccin aportada a una zona de volumen[W].Qpared: Potencia trmica transferida al exterior del entorno [W].

222 EEEFFFIIICCCIIIEEENNNCCCIIIAAAEEENNNEEERRRGGG TTTIIICCCAAADDDEEEGGGEEENNNEEERRRAAADDDOOORRREEESSSDDDEEEVVVAAAPPPOOORRR(((PPPRRRDDDIIIDDDAAASSSSSSEEEPPPAAARRRAAADDDAAASSSYYYMMMTTTOOODDDOOODDDIIIRRREEECCCTTTOOO)))

s innegable la enorme importancia que tienen los Generadores de Vapor

en aquellas industrias que las utilizan, dado que con frecuencia estos

equipos son los mayores consumidores de energa en el conjunto de la

instalacin. Adems, como se ver en este captulo, en los Generadores deVapor tienen lugar enormes prdidas de energa inherente a su proceso,

junto con prdidas de energa debidos a mal manejo o control de los mismos

que puede derivarse de factores humanos, de diseo y mantenimiento.

En este captulo se presenta en forma detallada las bases del clculo para el

anlisis energtico de los Generadores de Vapor, haciendo hincapi no sloen cmo calcular los rendimientos globales [ASME PTC 4.1, 1979], sino

aportando material suficiente como para resolver los balances de materia y

energa, estimando con que magnitud y en que conceptos se distribuye el

total de las prdidas.El sistema de anlisis (estructura funcional) de este trabajo se detalla en la figura18 correspondiente al Generador de Vapor U-3 Valle de Mxico.; al cual se ledefinir el fuel (F) producto (P), y residuos (R).

E


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Cabezal de vapor saturado para termopares

Atemperadores

Domo

Cabezal de salida

paredes laterales

Tubos

Pared de aguasoportes

posterior

RecalentadorSobrecalentadorRecalentado calienteintermedia

C.Pared enfriada Recalentado fro F.con vapor

Vapor principal SobrecalentadorSuperior

C.

inferior


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Agua deF.

alimentacin

Economizador

A losprecalentadores deaire regenerativo

HogarPared frontal

Tubos bajantes

Paredes de agua

lateralPiso del

hogar

Cabezal de

paredes

lateral

Domo inferior

Figura 17 Flujo de gases del Generador de Vapor U3: Definiendo loslmites del cual se podr sacar el nivel de agregacin.


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1412

10

1 A B-C 3 45 6

Agua de alimentacin 2

VaporD

E F principal

9

815

G Vapor

13 recalentadoGases Inicio

calientede Combustible + Aire 11

salida

7 Vapor recalentado fro

A, EconomizadorB-C, EvaporadorD, Sobrecalentador primario entradaE, Sobrecalentador primario salida;F, Sobrecalentador secundarioG, Recalentador


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Figura18

Estructura funcional del Generador de Vapor: En ella existeexerga de recurso (F) y, exerga de producto (P); provista de lafigura 17

El nmero de flujosm para el caso de estudio es de 15 y el nmero desubsistemas nes de 6. Por lo que si se aplican los balances de costos exergticospor sub-sistema se tiene que existenm-n ecuaciones y se requiere de ecuacionesadicionales para resolver el costo exergticode cada flujo, en la tabla 14se describen los flujos del sistema.

222...111 OOOPPPEEERRRAAACCCIIINNNYYYRRREEENNNDDDIIIMMMIIIEEENNNTTTOOO

La eficiencia segn se aplica a los Generadores de Vapor, permite conocer elndice de aprovechamiento del combustible en trminos de vapor generado, porejemplo 76.5%, indica que se transform en energa (entalpa) de vapor. Sinembargo a menudo se desea saber en qu consiste el otro 23.5% de prdidas,individualmente, para ver si estn cada una de ellas dentro de lo normal, y laposibilidad de disminuirlas variando la operacin y mejorando el mantenimiento,

etc.La subdivisin de las prdidas ms aceptada es la del reglamento de pruebas dela ASME (The American Society of Mechanical Engineer ing) [ASME PTC 4.1, 1979], en el que las prdidas se dividen en siete grupos como sigue:

I. Elevacin de temperatura de los gases de la chimenea, de la atmosfrica ala de los tubos de la caldera.

II. En evaporar la humedad del combustible y recalentarla hasta latemperatura que tienen los gases de los tubos de la caldera.

III. Formacin del vapor de agua del H2 libre en el combustible y suprecalentamiento de este a la temperatura de los gases de la chimenea.

IV. Por no lograr obtener el calor total de la composicin del Carbono y el


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Oxgeno, como lo indica la presencia de algo deCOen los productos.

V. Prdida de potencia calorfica, representada por la presencia decombustible sin quemar en los desperdicios de la ceniza.

VI. Transmisin de calor de la instalacin del Generador de Vapor a laatmsfera, principalmente por el proceso de radiacin, con algo deconveccin inducida.

VII. Un grupo de compuestos, de pequea magnitud relativa, quefrecuentemente no se pueden medir directamente. Se designan con elnombre de prdidas incontroladas, y que consisten en el recalentamientode la humedad del aire usado en el combustible, el calor sensible de las

cenizas, el carbn libre que flota en los productos gaseosos de lacombustin y pequeas cantidades por otros conceptos.

Cuando las pruebas demuestran que una de estas prdidas es excesiva, entonces,el conocimiento de las fuentes de las prdidas habilita al operador para descubrircul es la causa, entre los mltiples factores que constituye la prdida total delGenerador de Vapor. La tabla 1, es un resumen de causas ms comunes deprdidas trmicas en relacin con los Generadores de Vapor.

Aunque no se describe en detalle todo lo necesario para la prueba de eficienciaen el Generador de Vapor, en la figura 5 se hace un resumen de los requisitosmnimos que necesita est; antes de hacer una prueba importante, cuyosresultados vayan a garantizar al Ingeniero profesionalmente los instrumentos quedebern presentarse, y determinarse con los lmites de precisin, elprocedimiento general que va a seguirse; donde deben concentrarse las partesinteresadas.

A. Prdidas debidas a la humedad del Carbna. Humedecimiento excesivo del Carbn antes de quemarlob. Elevada absorcin de humedad del Carbn en los patios de

almacenamientoB. Prdidas debidas a la humedad formada por la combustin del

Hidrgeno, que no se puede reducir en un combustible determinado.Esta prdida es mayor para el aceite combustible y para el gas, que para


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Tabla 1:Las causas ms comunes de las prdidas trmicas en relacincon los Generadores de Vapor

Memorias del IX taller industrial de capacitacin; CALDERAS YRECIPIENTES A PRESIN; Exp. Industrial; Mxico 1996.

el CarbnC. Prdida por el calor que se llevan los gases secos de la chimenea

a. Exceso de aire elevado, descubierto por el bajo contenido de CO2en el gas de los tubos de los Generadores de Vapor

b. Alta temperatura de los gases de los tubos del Generadores deVapor1. Superficies de calefaccin sucias2. Mala circulacin del agua. Incrustaciones del lado del agua3. Porciones estancadas de gas. Tabiques desviadores agujerados

o ineficaces4. Velocidad de los gases muy alta

D. Prdidas debidas a la combustin incompletaa. Alimentacin de aire insuficiente

b. Capa de combustible en malas condicionesc. Enfriamiento del hogar en las bajas intensidades de la combustind. Mala instalacin del Generadores de Vapor

E. Prdidas de combustible que se va al ceniceroa. La parrilla o alimentador no son adecuados para la clase de

combustible que se usab. Combustin de combustible en mayor cantidad que la que puedec. Parrillas volteadas o capas de combustible atizadas con demasiadad. La temperatura del hogar mayor que la temperatura de fusin de la

F. Prdidas por radiacin y conveccin del Generadores de Vapor y suinstalacina. Tambores de la caldera sin aislarb. Paredes de la montadura muy delgadas o de mala calidadc. Refractarios del hogar que necesitan reparacin o renovacin

G. Prdidas debidas a la humedad del airea. Aire cargado de humedad como de un chorro de vaporb. Exceso de aire elevado en los das de mucha humedad. Esta prdida

es pequea y frecuentemente se incluye en otras prdidas pequeas,que muchas veces no se toman en cuenta, como las del holln, oceniza en el gas de las chimeneas, calor en las cenizas


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222...222 DDDEEESSSCCCRRRIIIPPPCCCIIINNNDDDEEELLLAAAIIIRRREEE,,,CCCOOOMMMBBBUUUSSSTTTIIIBBBLLLEEEYYYGGGAAASSSEEESSS

El sistema aire-gases de un generador de vapor cubre desde el ingreso del airehasta su salida en forma de gases de combustin en chimenea. Lo que definefuertemente durante este proceso el aprovechamiento (rendimiento) del calor delcombustible. Para entender la definicin de eficiencia energtica, (por prdidasseparadas), se deben analizar previamente las caractersticas del aire, elcombustible, los gases y los residuos de los slidos no quemados de lacombustin.

Contadorde orificio

vapor

Calormetro

para vaporManera de alimentar el carbnGas de la combustin

a mano durante las pruebasAgua

Bscula del sistemaOtra manera de

de conduccin delcolocar el punto Pares termoelctricos

Carbnde muestreo o termmetros

Abastecimiento

del carbn


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ManmetroMuestreador

de Carbn

AlimentacinAparato InterruptorORSAT

ContadorCeniza Peso Muestra

de vaporde carbn

Cenicero

Ducto

Figura5.

Situacin de los puntos del Generador de Vapor con carbn:Requisitos mnimos para hacer una prueba a un Generadorde Vapor (a un que es un Generador de Vapor usandoCarbn, solamente cambiaria el suministro de combustible)

222...222...111 AAAIIIRRREEE

En base molar o de volumen (Tabla 2), el aire seco esta compuesto por 20.95 porciento de Oxgeno, 78.09 por ciento de Nitrgeno, 0.93 por ciento de Argn y0.03 por ciento de Dixido de Carbon, y pequeas cantidades de Helio, Nen eHidrgeno. En el anlisis de los procesos de combustin, el Argn en el aire setrata como Nitrgeno, en tanto que los gases que existen en cantidades muypequeas se descartan.

Tabla 2. Composicin del AireFraccin

volumtricaPesomolar

Kg / kg molAire

Nitrgeno 0.7809 28.016 21.878Oxgeno 0.2095 32.000 6.704


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Argn 0.0930 39.944 0.371Dixido deCarbono

0.0030 44.0100.013

Peso molecular delaire 28.966

Peso %Nitrgeno 79.01Oxgeno 20.99

Por consiguiente cada mol de Oxgeno que entra a una Cmara de Combustinser acompaado por 79.01 20.99 = 3.76 mol de Nitrgeno [Huang, 1994]. Esdecir,

1 kg mol O2+ 3.76 kg mol N2= 4.76 kg mol Aire

222...222...222 CCCOOOMMMBBBUUUSSSTTTIIIBBBLLLEEE

Cualquier material que puede quemarse para liberar energa recibe el nombre decombustible. La mayora de los combustibles conocidos se componenprincipalmente de Hidrgeno y Carbono. Reciben el nombre de combustibles

Hidrocarburos y se designan por la frmula general CnHm. Los combustibleshidrocarburos existen en todas las fases, y algunos ejemplos son el Carbn, la

Gasolina y el Gas Natural.

El principal constituyente del CarbnMinerales el Carbn; tambin contienecantidades variables de Oxgeno, Hidrgeno, Nitrgeno, Azufre, Humedad yCenizas. Es difcil dar un anlisis de la masa exacta del Carbn Mineral, puestoque su composicin vara de un rea geogrfica a otra e incluso dentro de lamisma regin. La mayor parte de los combustibles hidrocarburos lquidos sonuna mezcla de numerosos hidrocarburos y se obtienen del petrleo crudo

mediante la destilacin (figura 6), los hidrocarburos ms voltiles se vaporizanprimero, formando lo que se conoce como gasolina. Los combustibles obtenidospor destilacin menos voltilesson el Queroseno, el Diesel y el Combustleo.La composicin de un combustible particular depende de la fuente del petrleocrudo, as como de la refinera.

Los hidrocarburos gaseosos se obtienen de los pozos de Gas Natural o se


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producen en ciertos procesos qumicos. El gas natural consiste habitualmente enuna mezcla de varios hidrocarburos diferentes cuyo constituyente mayoritario esel metano, CH4. La composicin de los combustibles gaseosos se dahabitualmente en funcin de las fracciones molares. Los hidrocarburos gaseososy lquidos se pueden sintetizar a partir de Carbn, de arenas asflticas y deesquitos bituminosos; [Gabrieliantz, 1991].

Gasolina

PetrleoQueroseno

crudoCombustible

diesel

Combustleo

Figura6.

Destilacin del Petrleo: La mayor parte de los combustibleshidrocarburos se obtienen del petrleo crudo por destilacin

Para el estudio se tienen los datos del Gas Natural (proporcionado por laCentral Termoelctrica Valle de Mxico).

Tabla 3.Anlisis Volumtrico del Gas Natural en la CT Valle de Mxico


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(directo de medicin)COMPONENTES % VOLUMEN

Metano CH4 91.2056Etano C2H6 7.9808Propano C3H8 0.7249n Butano C4H10 0.0460Iso butano C4H10 0.0427Humedad %0.0007Densidad 0.5900

De los datos de la Tabla 3 se puede determinar el % de peso del Gas natural, a

partir del anlisis del % de volumen, de la siguiente forma:

mezclaladesmolecularepesosde

molecularpesovolumenpeso

%% (2.1)

Tabla 3a.Factor de peso Molecular del Gas Natural en la CentralTermoelctrica Valle de Mxico

% VOLUMEN PESOMOLECULARMetano CH4 91.2056 X 16.041 = 14.63Etano C2H6 7.9808 X 30.067 = 2.39Propano C3H8 0.7249 X 44.092 = 0.31n Butano C4H10 0.046 X 58.118 = 0.02Isobutano

C4H100.0427

X58.118

=0.02

Pesos Moleculares de la mezcla = 17.40

Tabla 3b.% de Peso del Gas Natural en la Central Termoelctrica Vallede Mxico

Metano CH4 = 1004010.17

6302.14 = 84.07

Etano C2H6 = 1004010.17

3995.2

= 13.78


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Propano C3H8 = 1004010.17

3196.0

= 1.83

n Butano C4H10 = 1004010.17

0267.0

= 0.15

Isobutano

C4H10 = 1004010.17

0248.0

= 0.14

Total = 100 %Peso

El poder calorfico del combustible se calcula en kJ / m3 y kJ / kg. Teniendo losvalores de tablas de poderes calorficos del ambiente, correspondientes a20 Cy 1 Kg /cm2de presin para el poder calorfico alto o para el poder calorficobajo.

Habindose obtenido esos valores en el caso de los kJ / m3se multiplica por el% volumen y en el caso de los kJ / kg, se multiplica por el % de pesoobtenindose parcialmente para cada elemento de la mezcla y la suma de ellosdar los poderes calorficos superior e inferior en kJ / m3 y kJ / kg. Paraencontrar el poder calorfico del combustible en kJ/m3se hace:

Tabla 3c.Poder Calorfico Volumtrico por sustancia del Gas Natura en laCentral Termoelctrica Valle de Mxico

VALOR DE COMBUSTIN PODER CALORFICOCOMB. EN kJ/m3%

VALORALTO BAJO ALTO BAJO

Metano CH4 91.2056 37743.27 34017.375

3442397.000

759.475

Etano C2H67.9808 66767.95 61141.854 532861.600 10.452

Propano

C3H80.7249 96500.55 88862.476 69953.250 0.125

nButano

C4H10 0.0460

125562.50

115986.955 5775.875 0.000

Isobutano

C4H10 0.0427 125301.7

115688.884 5350.382 0.000

TOTAL 40563.380 770.05

Anexo 2; Tabla A1 (Poderes calorficos en el ambiente y el entorno inmediato de una Central Trmica)


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4

para encontrar el poder calorfico del combustible enkJ/kg se tiene:

Tabla 3d. Poder Calorfico Msico por sustancia del Gas Natura en la CentralTermoelctrica Valle de Mxico

VALOR DECOMBUSTIN

PODER CALORFICOCOMB. EN kJ/kg

% PESO ALTO BAJO ALTO BAJOMetano CH4

84.07723879 21520 46694.62

5 42081.675Etano C2H6 13.789 22320 20432 7164.452 6558.426Propano C3H8 1.836 21661 19944 927.056 853.571

n Butano C4H10 0.153 21308 19680 74.343 68.663Isobutano

C4H100.142

21257 1962969.221 63.919

TOTAL 54929.698 49626.257

Para el clculo de los constituyentes del combustible; el procedimiento para elpor ciento en peso de los elementos se obtienen de la divisin del producto delpor ciento en peso del compuesto por el peso molecular del elemento entre el

peso molecular del compuesto.Tabla 3e.Porcentaje de peso en base Carbn e Hidrgeno para el Gas

Natura en laCentral Termoelctrica Valle de Mxico% PESO PESO

MOLECULAR(Compuesto)

% PESO(Carbn

)

% PESO(Hidrgeno)

Metano CH4 84.077 16.041 62.949 21.133Etano C2H6 13.789 30.067 11.016 2.773

Propano C3H8 1.836 44.092 1.500 0.335n Butano C4H10 0.153 58.118 0.126 0.026Isobutano

C4H100.142 58.118 0.117 0.024

TOTAL 75.711 24.294

222...222...333 SSSLLLIIIDDDOOOSSSNNNOOOQQQUUUEEEMMMAAADDDOOOSSSDDDEEELLLCCCOOOMMMBBBUUUSSSTTTIIIBBBLLLEEE


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Los slidos no quemados son partculas slidas (carbn sinterizado, silicios,calcio, etc.) que no participan en la combustin, para el balance de cenizas sesupone que la fraccin () de ellas abandona al Generador de Vapor comocenizas voltiles, mientras que la fraccin1- restante se retira como escoria,el por ciento % en peso de carbon de los slidos no quemados en los residuosser de:

U= U1+ (1 - ) U2 (2.2)

Donde:U1y U2son las fracciones de carbono de los slidos no quemados en lascenizas voltiles y escorias, respectivamente.

La norma ASME [ASME PTC 4.1, 1979] indica que el valor de(cenizasvoltiles) suele estar comprendido entre 0.7 y 0.9. Puede utilizarse el valorpromedio de 0.8 si no se dispone de valores experimentales para este parmetro.

Los slidos no quemados vi, expresados en kg de Carbon por kg de combustible

procesado, sern de:

vi= z [U/ (1U)] (2.3)

mientras expresados en moles de carbon los slidos no quemados por mol decarbon, se tendr:

vi= V / C (2.4)

teniendo en cuenta que al quemar Gas Natural (Caso Central TermoelctricaValle de Mxico) estos valores se harn nulos y, no se entraran en ms detallesde los mismos.


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222...222...444 GGGAAASSSEEESSSDDDEEECCCOOOMMMBBBUUUSSSTTTIIINNN

La mayor parte de los clculos de la eficiencia energtica de los Generadores deVapor se realizan mediante este mtodo. Se asume que toda la energa presenteen el combustible se transfiere al fluido trmico salvo aquella que se pierde enlos distintos conceptos. Todas las prdidas se evalan por unidad de masa delcombustible.

Para utilizar el mtodo indirecto (o Mtodo de Prdidas Separadas) esnecesario calcular el peso del gas seco por kilogramo de combustible quemadoentrando al precalentador de aire y el peso de aire seco suministrado porkilogramo de combustible.Para el clculo del peso del gas seco de combustible quemado entrando alprecalentador de aire se procede de la manera siguiente: Para determinar laecuacin, supngase que en un kilogramo de gas seco, de los pes

Generador de Vapor Recuperador de Calor 2013

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