Generador Vapor

8/8/2019 Generador Vapor

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INTRODUCCION

El gran impulso y auge tenido hasta la actualidad la utilizacin del vapor tanto enplantas trmicas y diferentes procesos industriales hacen de esta sustancia y por

lgicas consecuencias su unidad generadora un elemento importantsimo.

El desarrollo de los diferentes mtodos para generar vapor comenzaron por el

ao de 1919 y desde entonces muchos han sido sus variaciones para hacer cada

vez ms eficiente un generador de vapor.

Un Generador de vapor es un elemento de transferencia de calor cuya finalidad

es convertir el agua en vapor a una presin y temperatura previamente

determinada; este cambio de estado es producido por el aprovechamiento decalor producto de una combustin; generalmente es un proceso a presin

constante.


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GENERADOR DE VAPOR

OBJETIVORealizar un balance Trmico del generador de vapor; as como hacer un estudio

de su performance considerando la importancia de este elemento en el Sector

Industrial y Plantas Generadoras de Energa Elctrica.

FUNDAMENTO TEORICO

Un grupo productor de vapor de agua es una combinacin de aparatos que

pueden constar de cualquiera o todos los siguientes: calderas, vapor, equipo dequemadores o el necesario para quemar el combustible, cmaras de agua,

purificador de vapor, recalentador, atemperador (dispositivo para controlar la

temperatura del vapor), economizador y calentador de aire.

CLASIFICACIN DE CALDERAS .- Las calderas de vapor se clasifican,

atendiendo a la posicin relativa de los gases calientes y del agua, en

acuotubulares y pirotubulares; por las formas de los tubos, de tubos rectos y de

tubos curvados; y por la naturaleza del servicio que presentan, en fijas, porttiles,

y marinas. La eleccin de una caldera para un servicio determinado depende del

combustible de que se disponga tipo de servicio, capacidad de produccin de

vapor requerida, duracin probable de la instalacin, y de otros factores de

carcter econmico.

CALDERAS PIROTUBULARES.- En estas calderas los gases calientes pasan

por el interior de los tubos, los cuales se hallan rodeado de agua. Las calderas

pirotubulares pequeas, juntos con las maquinas de vapor correspondiente, han

sido desplazadas en su mayora por los motores de combustin interna en la

produccin de energa destinada al accionamiento de hormigoneras, gras

porttiles y grupos para extincin de incendios. Las calderas pirotubulares

generalmente tienen un lugar integral (dominado caja de fuego) limitado por


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superficies enfriadas por agua. En la actualidad las calderas pirotubulares

horizontales con hogar integral se utilizan en instalaciones de calefaccin a baja

presin, y algunos tipos ms grandes para producir vapor a presi n

relativamente baja destinado a calefaccin y a produccin de energa.

CALDERAS ACUOTUBULARES.- En las calderas acuotubulares, por el interior

de los tubos pasa agua o vapor, y los gases calientes se hallan en contacto con la

superficie externa de aquellos en contraste con el tipo pirotubulares. Las calderas

acuotubulares son las empleadas casi efusivamente cuando interesa obtener

elevadas presiones y rendimientos, debido a que los esfuerzos desarrollados en

los tubos por las altas presiones son de traccin de compresin, como ocurre en

los pirotubos la limpieza de las calderas acuotubulares se lleva acabo finalmente

por que las escamas o incrustaciones se quitan sin dificultad utilizando un

dispositivo limpia tubos movido con agua o aire. Los objetivos perseguidos a


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construir una caldera cualquiera son: coste reducido, formas simples de los tubos,

compacidad, accesibilidad transmisin eficiente del calor, buena circulacin y

elevada capacidad de conduccin de vapor. Esta amplitud de miras ha dado como

resultado muchos diseos y modificaciones de la caldera acuotubular, tales de

tubos rectos, tubos curvos, de un solo cuerpo cilndrico, de varios cuerpos,

longitudinal y de cuerpo transversal.

Las calderas de tubo recto tienen la ventaja de que todos los tubos principales son

iguales y solamente se necesita pocas especiales.

Tienen, en cambio, el conveniente de que los tubos rectos terminan en colectores

cuyas paredes deben estar a escuadra con lnea central de los tubos.

El acceso de los tubos para fines de limpieza o reposicin se consigue mediante

tapas desmontables en cada extremo de los mismos. Los orificios de los

colectores son generalmente elpticos para que las tapas mencionadas puedan

introducir entre ellos, que dando en posicin normal por la presin del vapor

ejercida desde el interior de los colectores.

CAPACIDAD DE PRODUCCIN DE VAPOR DE LAS CALDERAS.-

La produccin de un generador de vapor se da frecuentemente en kilogramos de

vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y

temperaturas posee diferentes cantidades de energa, aquel sistema no mide

exactamente la energa producida. La capacidad de una caldera de vapor se

expresa ms concretamente en forma del calor total transmitido por las

superficies de caldeo en Kcal por hora. Debido que este vapor numricamente es

grande, la ASME recomienda como unidad la kilo Btu (1000 Btu = 254 kcal) por

hora, o la mega Btu (= 1 000 000 Btu = 254 000 kcal) por hora. El proceso detransmisin de calor que tiene ocasin en un generador de vapor es un proceso de

flujo constante, en el cual el calor transmitido es igual a la variacin de la

entalpia del fluido.


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Por consiguiente, la produccin de la caldera medida por el calor absorbido por

el agua y vapor ser, en kilocaloras:

En donde:

Q = produccin de la caldera.

ms = peso del vapor producido por la caldera (o bien recalentado), en (kg/hr).

h = entalpia de 1 kg de vapor a la presin y titulo o temperatura observados en

(kcal/kg).

hf =entalpia del liquido de 1 kg de agua de alimentacin en las condiciones en

que dicha agua llega a la caldera (o economizador), en (kcal/kg).

Cuando el peso de vapor ms es la cantidad mxima que la caldera puede producir

por hora a la temperatura de trabajo especificada, la formula anterior da la

capacidad mxima. Pero si ms representa el peso de vapor que la caldera puede

producir con ms eficiencia, la produccin correspondiente se denomina

capacidad normal.

COMPORTAMIENTO DE LA CALDERA.-

El comportamiento de un generador de vapor puede expresarse en funcin de los

kg de vapor producido, velocidad de combustin, transmisin de calor Kcal por

m2

de superficie de caldeo y por hora, temperatura de los gases de la chimenea,porcentaje de CO2 en dichos gases, combustibles sin quemar contenido de las

cenizas y escorias, porcentaje de la potencia nominal de la caldera desarrollo y

rendimiento global.


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El rendimiento global de una caldera de vapor en condiciones de funcionamiento

cualesquiera es la relacin entre el calor transmitido en la energa suministrada

en forma de combustible, es decir:

El rendimiento global de una caldera de vapor en condiciones de funcionamiento

cualesquiera es la relacin entre el calor transmitido en la energa suministrada

en forma de combustible, es decir:

en donde:

es = rendimiento del generador de vapor, en %, incluyendo caldera, recalentador,

hogar, camisas de agua, calentador de aire y economizador.

mf = peso total de combustible quemado por hora, en kg; m3 por hora tratndose

combustible gaseoso.

BALABNCE ENERGETICO

ANALISIS DE LA COMBUSTIN EN EL QUEMADOR DEL CALDEROEl combustible utilizado es el GLP y al analizar los productos de la combustin

mediante el analizador digital se obtienen los siguientes resultados:

Anlisis de los gases de escape

Datos obtenidos en el ORSAT

CO2 --- 12.4%

O2 --- 2.39%

CO ---- 0.05%

Considerando combustin incompleta

OgHfNeOdCOcCObNaOHC YX 222222 p


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c=12.4

d=0.05

e=2.39

f=85.16

Considerando composicin volumtrica del aire

Nitrgeno: 79%

Oxigeno: 20.99%

Por tanto:

b/a = 79/20.99 = 3.76

Efectuando el balance de la ecuacin de combustin:

C: x=c+d

H: y=2g

O: 2a=2c+2e+d+g

X= 12.45

a=22.65

g=15.67

y=31.34


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Operando:

car/ = 17.2 kg aire/kg combustible

Ecuacin Terica:

OdHcNb

ONOaHC Y 22222 )76.3( p

b=12.4

C=87.6

d=21.8

a=23.3

x=12.4

y=43.6

Luego:

PROCEDIMIENTO

Verificar el nivel de agua en tanques de depsitos.

Verificar el nivel de combustible en su tanque de depsito.


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Verificar el nivel de agua en el interior del caldero

Purga mecnica del generador con vlvula ubicada en la parte inferior-

posterior.

Accionar interruptor de arranque en tablero de controles.

Esperar que el caldero alcanze rgimen de funcionamiento.

DATOS A OBTENER

Temperatura del bulbo seco del aire ambiente: TBS

Temperatura del bulbo hmedo ambiente: TBH

Temperatura agua de alimentacin: Ta

Temperatura gases de escape: Tg

Presin de salida del vapor: Pv

Desnivel en tanque de combustible :H

Diferencia de presin, temperatura de vapor que sale.

Tiempo en que suceden los desniveles de combustibles: tc


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DATOS OBTENIDOS DEL CALDERO

COMBUSTIBLE: GLP

P.BAROMETRICA=758 mmhg aproximado

TBS=63F=17.2c

PRESION CALDERO 100 psi

HR=98% aproximado

TBH=62 F=16.7c

Puntos

H

(cm)

t

(seg)

PGLP

(in H2O)

PCHIMEN.

(in H2O)

PH2OBom

(lb/in2)

TGASES

Esc(C)

PVAPOR

Sal(Psi)

TVAPOR

Sal(F)

VAPOR

Sal(lb/pie^3)

1 3 76,2 6,24 0,28 120 240 81,4 325 0,2163 810

2 2,4 55 6,24 0,34 120 260 72,3 317 0,1973 750

3

2,8 73

,8 6,13

0,3

5 115 2789

5,6

335 0,247

59

654 3,5 79,2 6,25 0,35 105 268 96,5 335 0,2495 970

5 3 55 6,25 0,35 95 268 95,2 334 0,2467 930

1. CALCULOS.

a) FLUJO DE VAPOR

De los datos:

punto 1 368.18

2 340.91

3 482.5

4 485.0

5 465.0

a) DETERMINACIN DEL FLUJO DE COMBUSTIBLE


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Donde:

()

=0.0254m =0.0127m

Reemplazando los datos en (3) se tiene:

punto 1 19,337 35,6772 19,337 35,677

3 19,166 35,361

4 19,352 35,705


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5 19,352 35,705

Reemplazando en (4) se obtiene:

punto 1 19,337 0,409

2 19,337 0,295

3 19,166 0,393

4 19,352 0,426

5 19,352 0,296

b) CLCULO DEL CALOR TIL(Q1)

Considerando el ciclo siguiente para el generador de vapor:


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.(5)Donde:

Reemplazando en (5) se obtiene:

c) CALOR PERDIDO EN LOS GASES DE ESCAPE (Q2)

(6)Donde:

Vgases =Volumen de los gases de escape (m3)

Cpg = calor especfico de gases = 0.3997 Kcal/m3K

Tg = temperatura de salida de los gases C

Ta = temperatura de bulbo seco (TBS) C

C = cantidad de Carbono en el combustible

Adems:


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()

=0.3048m =0.1524m

Para el clculo de la densidad de la mezcla utilizamos la ecuacin de Clapeyron

[1]:

Donde:

Reemplazando en la ecuacin de Clapeyron o obtendramos la

:

Debido a que no se hizo el anlisis de los gases de escape del caldero no

podemos calcular el calor perdido por los gases de escape

d) CALOR PERDIDO POR EVAPORACIN DEL AGUA DE FORMACIN(Q3)


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Donde:

9H = cantidad de agua formada considerando que 1 Kg de H2 es capaz de formar 9 Kg

de H2O

H = cantidad de H2 en el combustible (17.84%)

H=0.1764H/m3comb=0.031469

Entonces reemplazando se obtiene:

Asumiendo: Tc=23.8C (temperatura del combustible)

Tg=Tgases_esc=

Tg=262.8

e)CALOR PERDIDO POR EVAPORACIN DE HUMEDAD SUPERFICIAL

DEL COMBUSTIBLE : (Q4)

W = cantidad de humedad/lb de combustible.

Q4 solo es significativo en combustibles slidos.

Por tanto: Q4 = 0.

f) CALOR PERDIDO POR COMBUSTIN INCOMPLETA: (Q5)

Teniendo en cuenta las siguientes reacciones qumicas de combustin

C = cantidad de carbono en el combustible (82.15%), Reemplazando datos se obtiene:


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g) CALOR PERDIDO AL CALENTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL

AIRE AMBIENTAL :(Q7)

Donde:

TBS: Temperatura de bulbo seco

R

eemplazando en la ecuacin anterior se tiene:

No podemos calcularla por q nos falta .h) EFICIENCIA DEL GENERADOR(n):


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RESULTADOS

OBSERVACIONES

Tomar lecturas adecuadas con previo conocimiento de lo que se quiere obtener,

sino puede obtener dificultades en los clculos como en nuestro caso:

BIBLIOGRAFIA

MANUAL DE LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA TRABAJOS HECHOS PORALUMNOS ANTERIORES AL CURSO.

CALOR ABSORVIDO

POR EL

GENERADOR

34.248 %

CALOR ABSORVIDO

LOS GASES DE ESCA

30.7109 %

CALOR PERDIDO POR

AGUA DE FORMACION

4.46%

CALO PERDIDO POR

COMBUSTION

INCOMPLETA 0.2026 %

CALOR PERDIDO POR

CALENT. DE HUMEDAD

DE AIRE 0.579%

CALOR PERDIDO POR

RADIACION Y OTROS30.3785 %

CALOR SUMINISTRADO

POR EL COMBUSTIBLE

100%


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