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Tabla 2.3 Datos de bombas de agua, catalogo Cleaver BrooksBomba mercado= 13 GPM
FIGURA 2.15 Niveles de liquido y vapor en la caldera2.8.2.13 Calculo del combustible necesario para la calderaParámetrosCo...
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El quemador funciona con un ligero exceso de oxígeno, 10 a 15% paragarantizar una combustión completa evitando las pérdida...
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Capitulo 2

  1. 1. CAPITULO 2DISEÑO DE UN CALDEROPIROTUBULAREn este capítulo se dan conceptos y conocimientos generales de lo que es uncaldero, y cómo está constituido, su proceso de funcionamiento y operación abordandoluego cálculos para su diseño, así como planos y dibujos referenciales para sudesarrollo.2.1 DEFINICIÓN DE CALDERACaldera, dispositivo utilizado para calentar agua o generar vapor a una presiónsuperior a la atmosférica mediante un proceso de transferencia térmica. Las calderasse componen de un compartimiento donde se consume el combustible y otro donde elagua se convierte en vapor.1Una caldera es una máquina o instalación, diseñada y construida para producirvapor de agua a elevada presión y temperatura, las hay, desde pequeñas instalacioneslocales para la producción de vapor para cocción de alimentos, planchado en serie deropa, tratamientos sépticos de instrumentales y labores similares, con vapor de relativabaja temperatura y presión, hasta enormes instalaciones industriales, utilizadas para la1"Caldera ", Enciclopedia Microsoft® Encarta® 05 © 1999-2005Microsoft Corporation.
  2. 2. alimentación de turbinas de generación de electricidad, y otros procesos industrialesdonde se requiere vapor en grandes cantidades, a altísimas temperaturas y presiones.La caldera de vapor más elemental es la conocida olla a presión, tan común ennuestros hogares.En esencia una caldera es un recipiente cerrado, lleno parcialmente de agua a laque se le aplica calor procedente de alguna fuente, tal como un combustible, electricidadetc. para hacerla hervir y producir vapores. Como estos vapores están confinados a unespacio cerrado, se incrementará la presión interior y con ello la temperatura deebullición del agua, pudiéndose alcanzar finalmente muy elevados valores de presión ytemperatura. Estos vapores se concentran en la parte superior del recipiente inicialmentevacío, conocido como domo, de donde se extrae vía conductos para ser utilizado en elproceso en cuestión.Aunque el principio de trabajo es muy simple, las particularidades del procesoson complejas para un trabajo seguro y eficiente de la caldera, especialmente en lasgrandes instalaciones industriales.FIGURA 2.1 Partes Caldera2.2 CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERASSe clasifican según diversos criterios, relacionados con la disposición de losfluidos y su circulación, el mecanismo de transmisión de calor dominante, aspectos
  3. 3. estructurales, modo de intercambio de calor, la forma del quemado del combustible,forma de alimentación del agua y otros muchos factoresBasándonos en algunos de estos criterios las calderas se pueden clasificar en:a) Por la disposición de los fluidosDe tubos de agua (Acuotubulares)De tubos de humo (Pirotubulares)b) Por la posición del tambor o hervidorVerticalesHorizontalesc) Por la posición de los tubosVerticalesHorizontalesInclinadosd) Por el número de pasosUn pasoDos pasosTres o más pasose) Por la circulación del aguaDe circulación naturalDe circulación asistidaDe circulación forzadaf) Por el mecanismo de transmisión de calor dominanteDe convecciónDe radiaciónDe radiación y conveccióng) Por el combustible empleadoDe carbón (de parrilla mecánica o de carbón pulverizado)De combustibles líquidosDe combustibles gaseososDe combustibles especiales (Bagazo, etc.)Nucleares (uranio natural, enriquecido, etc.)h) Por la presión de trabajo
  4. 4. SubcríticasDe baja presión (menor a 20 kg/cm2)De media presión (entre 20 y 64 Kg/cm2)De alta presión (mayor a 64 kg/cm2)SupercríticasÍ) Por el tiroDe tiro naturalDe hogar presurizadoDe hogar equilibradoj) Por el tipo de construcciónDe montaje en fábrica, (calderas compactas o tipo paquete)De montaje en campok) Por el modo de gobernar la operaciónDe operación manualSemiautomáticosAutomáticosl) Clasificación por los materialesCalderas de fundiciónCalderas de aceroCalderas murales2.3 TIPOS DE CALDERAS2.3.1. Clasificación de las calderas por su diseño2.3.1.1 AcuotubularesLas calderas Acuotubulares (el agua está dentro de los tubos) en éstas el aguacircula por dentro de los tubos, bañados exteriormente por los gases, logrando con unmenor diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor, para accionar lasmáquinas a vapor de principios de siglo.La combustión se da en la cámara destinada a dicha función es atravesada porlos tubos de agua, que entonces se calienta y cambia a estado gaseoso. Se utilizan tuboslongitudinales para aumentar la superficie de calefacción y se colocan de formainclinada para que el vapor desaloje por la parte superior mientras se fuerza
  5. 5. naturalmente la entrada de agua por la parte inferior. Se utilizan principalmente cuandose requiera vapor a altas presiones y al ser capaces de generar muy diferentes potenciasfueron muy utilizadas en centrales eléctricas y otras industrias de principios del sigloXX. El vapor producido es de naturaleza seca, por lo que también es ideal para lossistemas de transmisión de calor. Se caracterizaban además por sus dimensiones totalesreducidas y por ser originalmente construidas para uso con combustibles sólidos,mientras que son utilizadas ahora principalmente con combustibles ecológicos, gas odiesel.La producción del vapor de agua depende de la correspondencia que exista entredos de las características fundamentales del estado gaseoso, que son la presión y latemperatura.FIGURA 2.2 Caldera Acuotubular2.3.1.2. Pirotubulares.La caldera de vapor pirotubular, (Calderas de tubos de Humo), en éstas loshumos pasan por dentro de los tubos, y el agua baña a éstos por fuera, concebidaespecialmente para aprovechamiento de gases de recuperación presenta las siguientescaracterísticas.Los gases muy calientes procedentes de un quemador, se conducen a través demúltiples tubos embebidos en el agua contenida en el cuerpo de la caldera, hasta unachimenea de salida al exterior. Estos tubos se conocen como tubos de fuego.
  6. 6. Durante el paso por los tubos, ceden el calor al agua circundante, calentándola yhaciéndola hervir, los vapores resultantes, burbujean en el resto del agua paraconcentrarse en el domo de donde se extraen para el proceso. Una válvula de seguridadcalibrada, impide que se alcancen presiones peligrosas para la integridad de la caldera.FIGURA 2.3 Caldera Pirotubular2.4. LÍNEAS DE AGUA Y COMBUSTIBLE EN UNA CALDERAEs importante hablar de los dos flujos que tienen lugar en las calderas paracomprender su funcionamiento.2.4.1 Flujo agua - vapor - condensado.El agua previamente tratada que se alimenta a la caldera, es calentada hasta quese transforma en vapor por el calor recibido, éste vapor se lo transporta hasta los puntosde consumo donde pierden su calor de condensación y cambian a fase líquida. Con elobjeto de evitar choques térmicos en las estructuras de la caldera y porque elcondensado ya no necesita ser tratado, se lo suele retomar como agua de alimentaciónpara iniciar nuevamente el proceso, a esto lo llamamos línea de agua.2.4.2 Flujo combustible/comburente - gases de la combustión.
  7. 7. El combustible es preparado según su naturaleza para que correctamenteatomizado, se mezcle con el comburente (aire por lo general) y se queme lográndose lapresencia de llama producida por la combustión. La energía química se transforma enenergía calórica, que contenida en los gases resultados de la combustión, es transferiday aprovechada para calentar el agua en la caldera. Estos gases atraviesan la caldera yson despedidos por la chimenea con la menor cantidad de calor posible, conocido comolínea de combustible.2.5 PARTES CONSTITUTIVAS DE LA CALDERAEn forma general una caldera está constituida por los siguientes elementosprincipales:Superficies Evaporativas o Caldera propiamente dicha.Hogar.QuemadorConductos para la alimentación de aire para la combustión y de evacuación delos gases productos de la combustión, incluyendo la chimenea.Equipos y Mecanismos Auxiliares (Tanques de Alimentación, Bombas dealimentación, tratamiento de agua. Ventiladores de Tiro inducido y forzado, etc.)FIGURA 2.4 Vista en Perspectiva Caldera Pirotubular
  8. 8. Componentes de Seguridad de una caldera Válvulas de Seguridad o Alivio Detector de llama o Foto celda Control de presión de seguridad o límite Control auxiliar de bajo nivel de agua Alarmas tipo acústica o visualCon el fin de la mayor eficiencia en la utilización de la energía del combustible,las calderas pueden contar con otras superficies de calentamiento tales como:EconomízadoresSobrecalentadorCalentadores de AireEl cuerpo de caldera, está formado por un cuerpo cilíndrico de disposiciónhorizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisión de calor yuna cámara superior de formación y acumulación de vapor.La circulación de gases se realiza desde una cámara frontal dotada de brida deadaptación, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cámara de salidade humos.El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas yabisagradas en la cámara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas conbridas de conexión. El conjunto completo, calorífugado y con sus accesorios, se asientasobre un soporte deslizante y bancada de sólida y firme construcción suministrándosecomo unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar lasconexiones e instalación2.6. EFICIENCIALa eficiencia de una caldera de vapor está determinada como el porcentaje decombustible que se convierte en energía calórica para generar el vapor. El métodoutilizado para calcular este parámetro generalmente es el de pérdidas de calor, en el quese suman las pérdidas individuales de calor como un porcentaje de la energíasuministrada y se le resta al 100%. El valor del punto de operación normal de las
  9. 9. calderas industriales es 80% y el rango de operación normalmente varía entre 65% y85%.Los pasos para asegurar un sistema eficiente son aquellos en los que se reduce lapérdida de calor. Se recomienda:1. Asegurar una adecuada combustión. Éste proceso varía sensiblementedependiendo del combustible utilizado, sin embargo se deben seguir lasrecomendaciones tanto del proveedor del combustible como del fabricante delquemador. Se debe alimentar el quemador con la proporción adecuada combustible-airey asegurar la limpieza del quemador.2. Eliminar las pérdidas de calor. Éstas se dan con mayor frecuencia por laschimeneas, radiación y purgas de calor y puede representar pérdidas de hasta 30% deeficiencia en los peores casos. En las chimeneas es necesaria el adecuadomantenimiento y el seguimiento de las normas del fabricante. Para disminuir laspérdidas por radiación, ya que es imposible eliminarlas por completo, se recomiendaaislar las paredes del hogar de caldera y de la caldera en general. La caldera aisladaadecuadamente no debería presentar pérdidas de más del 3%.3. Considerar la recuperación del calor. Los economizadores y precalentadoresde aire son instrumentos opcionales que mejoran la eficiencia de una caldera al utilizarel calor sobrante de los gases que ya han sido utilizados para calentar el agua yprecalentar tanto el agua de alimentación como el aire de combustión. Los equipos desoplado y lavado utilizan el vapor sobrecalentado o el aire comprimido seco comomedios de limpieza dentro de la caldera.2.7 AGUA PARA CALDERASEn relación a tratamientos de agua para calderas, se va a estudiar la utilizaciónde compuestos inorgánicos tales como: fosfatos, sulfitos, aminas, etc., sin embargotodos estos compuestos se comportan exclusivamente como preventivos, esto significaque cuando una caldera ya se encuentra incrustada, estos productos evitarán que dichaincrustación continúe creciendo, pero la incrustación formada no sufrirá disminuciónalguna (al contrario, tiende a aumentar cuando existen errores en la dosificación) portanto la desincrustación se deberá realizar manualmente o por medio de recirculación de
  10. 10. ácidos teniendo este último los riesgos correspondientes y en ambas opciones se tendráque parar el funcionamiento del equipo.2.7.1 El agua de alimentación de las calderasLas aguas que se emplean para la alimentación de las calderas arrastran, por logeneral, materias sólidas en suspensión, como arena, arcilla, etc., y llevan disueltasdiversas sales que por la acción del calor, precipitan.Antiguamente, cuando las presiones de trabajo eran pequeñas lo mismo que lavaporización horaria, no se prestó mucha atención a la calidad del agua, permitiéndosela acumulación de incrustaciones y barros que mayormente no ofrecían inconvenientesserios, siempre que la caldera fuese purgada y limpiada con cierta frecuencia.2.7.1.1 Dureza del aguaUn agua puede contener mucha cantidad de sustancias disueltas y sin embargono ser dura. La dureza de las aguas se debe a las sales calcicas o magnésicas quecontiene en disolución (dureza total). Es comente expresar la dureza en grados dedureza o grados hidrotimétricos. Hay tres escalas a este respecto, la alemana, la francesay la inglesa. En USA se expresa la dureza en partes por millón (p.p.m.) de carbonato decalcio.El grado francés corresponde a una parte del carbonato de calcio en 100000 partes deagua.1º (francés)= 1Omg de C03Ca/l de aguaEl grado inglés corresponde a una parte del carbonato de calcio en 70000 partes deagua.1º (ingles)= 14,28mg de C03Ca/l de aguaEl grado alemán corresponde a una parte de oxido de calcio en 100000 partes de agua.1º (alemán)= 1Omg de CaO/l de agua=7,19 m MgO/l de aguaLas equivalencias entre los diferentes métodos están en la tabla a continuación:Dentro de las sales calcicas y magnésicas contenidas ordinariamente en las aguasnaturales, se pueden distinguir dos grupos:
  11. 11. TABLA 2.1 De Factores fe conversión entre las diferentes medidas de durezap.p.m. 1º Francés 1º Ingles 1º Alemánp.p.m. x 0.01 0.07 0.0561º Francés 10 x 0.70 0.5601º Ingles 14.3 1.43 x 0.8001º Alemán 17.9 1.79 1.25 x2.7.1.2 Lodos e incrustacionesLas sales de calcio y magnesio, disueltas bajo forma de bicarbonatos, pierden anhídridocarbónico al calentarse, y se depositan bajo forma de carbonatas; el sulfato calcico, cuyasolubilidad disminuye a partir de los 35°C., también se precipita de una manera mássensible todavía.Tanto las materias en suspensión en el agua como la precipitación de sales, dalugar a la formación de depósitos en las paredes de las calderas, que pueden serpulverulentos y poco adherentes y, por tanto, fáciles de quitar, o sumamente adherentes,hasta el punto de que no se separan si no se recurre al escoplo y cortafríos. Los primerosconocidos con el nombre de lodos, y de incrustaciones los segundos.Los graves inconvenientes que la formación de estos depósitos tienen para elbuen funcionamiento y conservación de las calderas; es el hecho de que una capa desulfato calcico opone al paso del calor la misma resistencia que una plancha defundición de espesor veinte veces mayor.Para evitar la formación de depósitos en las paredes de las calderas se puedenseguir varios procedimientos. Desde luego, el más radical consiste en el empleo delagua destilada. Las aguas de lluvia y las que proceden de la fusión de las nieves puedenconsiderarse como puras para estos efectos, pero hay el inconveniente de la dificultadpara recogerlas y el no poder disponer de ellas en todo momento.2.7.1.3 Corrosión
  12. 12. Algunas sales resultan perjudiciales aun cuando su presencia, en el agua sea muypequeña. Entre ellas se encuentra el Cl2Mg, el S04Mg, el (NO3)2Mg y el Cl2Ca; todassales inestables en las condiciones reinantes en las calderas y que al descomponerse,producen ácidos libres.El CI2Mg al hidrolizarse, por la acción del calor, produce Clh que ataca al hierro,apareciendo cloruro de hierro, el que se descompone, regenerándose el ClH, iniciándoseotra vez el ciclo de corrosión. Lo mismo ocurre con el (NO3)2Mg: en este caso aparecehidróxido de hierro y ácido nítrico.El CO2, disuelto en el agua, también es de acción corrosiva.Otro agente de corrosión es el aire disuelto en el agua que produce una oxidación lenta.Muchas aguas contienen ácidos en disolución o pueden producirlos, comosucede con las que llevan disuelto cloruro magnésico, el cual por el calor sedescompone, dando ácido clorhídrico; las aguas de estas condiciones debenneutralizarse mediante la cal o la sosa cáustica. Las grasas de origen animal o vegetaltambién son descompuestas por el calor, con formación de ácidos. En las calderas sedisponen, a veces, en su interior unas láminas de cinc que forman con el hierro de laplancha un par voltaico; el cinc es atacado y el hidrógeno se desprende sobre la plancha,impidiendo la adherencia de los depósitos (método electroquímico).Las corrosiones pueden ser interiores y exteriores; unas y otras, disminuyen elespesor de la plancha que constituye las paredes de la caldera y contribuyen a reducir suresistencia.2.7.2 Purificación de las aguas para calderasUn tratamiento completo de las aguas para calderas exige la eliminación detodos los componentes que se hallan como materias en suspensión: gases disueltos ymaterias disueltas (dureza).2.7.2.1 Eliminación de las materias en suspensión
  13. 13. Se efectúa por filtración o sedimentación antes o después del tratamiento paraeliminar la dureza, según la naturaleza de ésta. Raras veces se utilizan filtros cerrados, apresión; son más frecuentes los filtros por gravedad, con capas de arena como materialfiltrante. Para ayudar a los procesos de clarificación o filtración, es práctica corrienteincorporar al agua una cierta dosis de (S04}3Al2 o SO4Fe. Estas sales se hidrolizan y danlos hidróxidos correspondientes, que actúan como floculante y retienen buena parte delas impurezas insolubles en el agua que son fácilmente filtrables o difícilmentesedimentables. La cantidad de sulfato de aluminio a incorporar al agua se suele calcularpor la de (CO3H)2Ca; cada grado de dureza debida al bicarbonato reacciona con 40 mgde (SO4)3AL2.18H2O comercial (12 al 14% de Al2O3). La dosis de sulfato debe ser talque en el agua quede una dureza temporal entre ½ y 1º d.Los aparatos destinados a separar los cuerpos insolubles consisten en una seriede recipientes, por los cuales se hace circular el agua, mezclada con los reactivos, a unavelocidad muy pequeña; dichos depósitos llevan en su fondo una llave, o registró, quepermite extraer las sustancias precipitadas.2.7.2.2 Eliminación del aire y CO2 disueltosEs preciso efectuarla para evitar corrosiones. Se utiliza para ello el hecho de queal elevar la temperatura o reducir la presión disminuye la solubilidad Industrialmente seutilizan ambos fenómenos: Calentamiento de agua y producción de vacío. Si lacalefacción es por vapor directo, entonces la condensación de éste produce el vacíonecesario; es preciso no obstante, un eyector de aire para arrastrar los gasesdesprendidos y no condensables Para mayor eficacia se trabaja con gran subdivisión dela masa de agua. Los aparatos funcionan con columnas de desorción (stripping).También para eliminar dichos gases se calienta el agua de alimentación entre 80º y 90ºC., y se la deja caer en cascada para facilitar la desgasificacion.Los desgasificadores pueden clasificarse en:Tipo de bandejaTipo de atomización2.7.3 Ablandamiento de las aguas
  14. 14. Tiene por objeto eliminar del agua los componentes salinos causantes de la dureza.Con tal fin se utilizan varios métodos que pueden ser físicos (destilación);fisicoquímicos (intercambio iónico) y químicos.2.7.3.1 DestilaciónEs útil cuando es poca la cantidad de agua a ablandar con respecto al agua aevaporar en la caldera, es decir, se puede aplicar donde se utilizan los condensados oaguas de retorno. Sin embargo, para evitar las dificultades que puedan provenir de lacontaminación de estas aguas en los condensadores, etc. lo corriente es hacer quepreceda a la destilación una depuración química. La ventaja principal de la destilaciónes que da un agua que, por ser destilada, está casi desprovista de sales disueltas; pero esdemasiado caro el proceso.2.7.3.2 Métodos basados en intercambio iónicoUtilizan zeolitas (aluminosilicatos de sodio), como la natrosita y la analcita.También se emplea la permutita, o sea una zeolita artificial obtenida por la fusión deuna mezcla de cuarzo, caolín y carbonato sódico.Con esto, el agua pierde su dureza casi totalmente (la dureza residual no suelepasar la cifra de 5 p.p.m.), saliendo del tratamiento casi sin iones calcio pero con unmayor contenido de iones sodio. Esto puede ser una dificultad, pues el CO3HNaformado por intercambio, pasa en la caldera a CO3Na2 que, por hidrólisis, libera ionesOH-en cantidad tal que pueden producir la corrosión cáustica de la caldera. Para evitarlase añade al agua, después del intercambio, ácido sulfúrico o, mejor, fosfórico queforman las correspondientes sales sódicas (inhibidoras) a costa del carbonato y delbicarbonato.2.7.3.3 Métodos químicos para el ablandamiento de aguas
  15. 15. Los cinco métodos más importantes para el ablandamiento de las aguas por vía químicason:1.- Método de la cal-sosa.2.- Método de la sosa cáustica.3.- Método de la sosa.4-- Método del carbonato banco5.- Método del fosfato sódico.En todos ellos la dureza desaparece por precipitación de los iones calcicos ymagnésicos.2.8. CICLOS DE FUERZA DE VAPOR
  16. 16. FIGURA 2.5 Caldero Pirotubular2.8.1 Ciclos de fuerza de vapor2.8.1.1 Definición ciclo de vaporUn CICLO DE VAPOR, es una serie de transformaciones por las cualesatraviesa un sistema de tal forma que sus estados inicial y final son los mismos.FIGURA 2.6. Representación Grafica de un ciclo2.8.1.2 Rendimiento térmicoSe denomina rendimiento térmico del ciclo, al cociente entre la cantidad detrabajo producida por el ciclo, Wc, y la cantidad de calor que ha entrado al sistema, estoes:QeWc(3.1)2.8.2 Ciclo de vapor de CarnotEl ciclo de Carnot es un ciclo ideal, en el que se obtiene el máximo rendimientotérmico, y está constituido por dos procesos isotérmicos y dos isoentrópicos, si fuera
  17. 17. posible, se adoptaría como el ciclo ideal. Pero, como se explica a continuación, el ciclode Carnot no es un modelo apropiado para los ciclos de potencia. A lo largo de todo elanálisis se considera al vapor como el fluido de trabajo, puesto que su empleopredomina en los ciclos de potencia de vapor.Considere un ciclo de Carnot de flujo estable ejecutado dentro de la curva desaturación de una sustancia pura como el agua, según se muestra en la figura 2.7 a. Elagua se calienta de modo reversible e isotérmico en una caldera (proceso 1-2); tiene unaexpansión isoentrópica en una turbina (proceso 2-3); se condensa reversible eisotérmicamente en un condensador (proceso 3-4), y se comprime de maneraisoentrópica mediante un compresor hasta su estado inicial (proceso 4-1).Con este ciclo se asocian varias situaciones:1. La transferencia isotérmica dé calor hacia o desde un sistema de dos fases no esdifícil de alcanzar en la práctica, puesto que una presión constante en el dispositivofijará automáticamente la temperatura en el valor de saturación. Siendo posibleaproximar bastante los procesos 1-2 y 3-4 a los de las calderas y condensadores reales.Sin embargo, restringir los procesos de transferencia de calor a sistemas de dos faseslimita severamente la temperatura máxima que puede emplearse en el ciclo (tiene quepermanecer debajo del valor del punto crítico, que es de 374°C para el agua). Limitar latemperatura máxima en el ciclo restringe también la eficiencia térmica.2. El proceso de expansión isoentrópica (proceso 2-3) puede lograrse por medio de unaturbina bien diseñada. No obstante, la calidad del vapor disminuye durante este proceso,como se observa en el diagrama T-s de la figura 2.7.a. De ese modo la turbina tendráque manejar vapor con baja calidad, es decir, vapor con un alto contenido de humedad.3. El proceso de compresión isoentrópica (proceso 4-1) implica la compresión de unamezcla de líquido-vapor hasta un líquido saturado. Hay dos dificultades asociadas coneste proceso. Primero, no es fácil controlar el proceso de condensación de manera tanprecisa como para finalizar con la calidad deseada en el estado 4. Segundo, no espráctico diseñar un compresor que maneje dos fases.Algunos de estos problemas se eliminan al ejecutar el ciclo de Carnot de maneradiferente, como se muestra en la figura 2.7b. Este ciclo presenta otros problemas, como
  18. 18. la compresión isoentrópica a presiones en extremo altas y la transferencia isotérmica decalor a presiones variables. Concluyendo que el ciclo de Carnot no se logra en losdispositivos reales y no es un modelo realista para los ciclos de potencia de vapor.FIGURA 2.7 Diagrama T-s para dos ciclos de vapor de Carnot.2.8.3 Ciclo Rankine: El ciclo ideal para los ciclos de potencia de vaporEs posible eliminar muchos de los aspectos imprácticos asociados con el ciclo deCarnot si el vapor es sobrecalentado en la caldera y se condensa por completo en elcondensador, como se muestra de manera esquemática en un diagrama T-s en la figura2.8. El ciclo que resulta es el ciclo Rankine, que es el ciclo ideal para las plantas depotencia de vapor. El ciclo Rankine ideal no incluye ninguna irreversibilidad interna yestá compuesto por los siguientes cuatro procesos:1-2 Compresión isoentrópica en una bomba2-3 Adición de calor a presión constante en una caldera3-4 Expansión isoentrópica en una turbina en nuestro caso la fabrica en la que se va autilizar el vapor4-1 Rechazo de calor a presión constante en un condensadorEl agua entra a la bomba en el estado 1 como liquido saturado y se le aplica unacompresión isoentrópica hasta la presión de operación de la caldera. La temperatura delagua aumenta un poco durante este proceso de compresión isoentrópica debido a unaligera disminución en el volumen específico del agua. La distancia vertical entre los
  19. 19. estados 1 y 2 en el diagrama T-s se exagera de manera considerable para mayorclaridad. El agua entra a la caldera como un líquido comprimido en el estado 2 y salecomo vapor sobrecalentado en el estado 3. La caldera es un gran intercambiador decalor donde el calor que se origina en los gases de combustión, reactores nucleares uotras fuentes se transfiere al agua a presión constante. La caldera, con la sección dondeel vapor se sobrecalienta (el sobrecalentador), recibe el nombre de generador de vapor.El vapor sobrecalentado en el estado 3 entra a la turbina donde se expandeisoentrópicamente y produce trabajo al hacer girar el eje conectado a un generadoreléctrico. La presión y la temperatura del vapor disminuyen durante este proceso hastalos valores en el estado 4, donde el vapor entra al condensador. En este estado, el vaporsuele ser una mezcla saturada líquido-vapor con una calidad alta. El vapor se condensa apresión constante en el condensador, que es un intercambiador de calor, que rechazacalor hacia un medio de enfriamiento como un lago, un río o la atmósfera. El vaporabandona el condensador como líquido saturado y entra a la bomba, completando elciclo. En áreas donde el agua es muy valiosa, las plantas de potencia son enfriadas poraire en lugar de agua. Este método de enfriamiento que también se emplea en motoresde automóvil, recibe el nombre de enfriamiento seco.El área bajo la curva de proceso en un diagrama T-s representa la transferenciade calor para procesos internamente reversibles; obsérvese que el área bajo la curva deproceso 2-3 representa el calor transferido al agua en la caldera y que el área bajo lacurva de proceso 4-1 representa el calor rechazado en el condensador. La diferenciaentre estas dos (el área encerrada por el ciclo) es el trabajo neto producido durante elciclo.
  20. 20. FIGURA 2.8 El ciclo Rankine ideal simple.2.8.3.1 Análisis de energía del ciclo Rankine idealLos componentes asociados con el ciclo Rankine (bomba, caldera, turbina ycondensador) son dispositivos de flujo estable; por ello es posible analizar los cuatroprocesos que conforman el ciclo Rankine como procesos de flujo estable. Los cambiosen la energía cinética y potencial del vapor suelen ser pequeños respecto de los términosde trabajo y de transferencia de calor y, por consiguiente, casi siempre se ignoran. Deese modo, la ecuación de energía de flujo estable por unidad de masa de vapor se reducea)/...()()( KgkJhhwwqq iesaleentrasaleentra (3.2)La caldera y el condensador no incluyen ningún trabajo, y se supone que labomba y la turbina son isoentrópicas. En ese caso la relación de la conservación de laenergía para cada dispositivo se expresa como sigue:Bomba (q = 0): 12 hhw enbomba, (3.3)o,)(, 12 PPvw enbomba (3.4)Donde,1111 PfPf vvvyhh @@ .......... (3.5)Caldera (w = 0): 23 hhqen (3.6)Turbina (q = 0): 43 hhw salturb, (3.7)Condensador (w = 0): 14 hhqsal (3.8)La eficiencia térmica del ciclo Rankine se determina a partir de:ensalennetotqqqw1 (3.9)
  21. 21. Donde, enbombasalturbsalenneto wwqqw ,,2.8.4 Incremento de la eficiencia del ciclo RankineLas plantas de energía de vapor son responsables de producir la mayor parte dela energía eléctrica en el mundo, e incluso pequeños aumentos en la eficiencia térmicasignifican grandes ahorros en los requerimientos de combustible.La idea básica para incrementar la eficiencia térmica de un ciclo de potencia esla misma: aumentar la temperatura promedio a la que el calor se transfiere al fluido detrabajo en la caldera, o disminuir la temperatura promedio a la que el calor se rechazadel fluido de trabajo en el T condensador. Es decir, la temperatura promedio del fluidodebe ser lo más alta posible durante la adición de calor y lo más baja posible durante elrechazo de calorFIGURA 2.9. Diagrama de ciclo de vapor Caldero Pirotubular2.8.2 Cálculo de un Caldero Pirotubular de 3 pasosRequerimientos de la fábrica:Datos:Presión promedio de trabajo 4 kg/cm2
  22. 22. Presión de ingreso Agua 1 kg/cm2Caudal steam (vapor) 650 kg/hTemperatura de ingreso Agua 70 °C2.8.2.1 Estudio de la potencia del caldero:hKgWtablasdevalor@0ºChSteamMasicoCaudalW@0ºCh15,44hhWHPsfgsfgentradasalidasB/.........65027597Resolución:Se realiza el diagrama termodinámico para identificar los estadosPropiedades termodinámicas en el punto entradaP= 1kg/cm2T= 70 CCpagua= 1kcal/ kg Khentr = ?
  23. 23. kgkcalhcpdtcpdhoSubenfriadLiquidoEntalpiahhCtcmkgPhlslsentrada701701700102....?ºPropiedades termodinámicas en el punto salidaP= 4kg/cm2T=Cpagua= 1 kcal/ kg Khsal= 653,72 kcal/ kg ver tablaBBBHpHPKgKcalKgKcalKgKcalhKgHP.....15641275974415709653650La potencia de diseño tiene que ser superior a la potencia de trabajo por lo tantose toma un 20% mas aproximadamente. 250diseñoPot. BHp2 Bernal Bolívar, Memorias de la Cátedra de Operación de Calderos, Universidad de Cuenca, Facultad deCiencias Químicas, Cuenca-Ecuador 2008kgkcalhxcmkgPhgsalida9.65314 2
  24. 24. Con la potencia de diseño se calcula el caudal masico del vapor de diseño quepuede proporcionar este caldero, se construye con esta potencia para preveer cualesquierinconveniente en la fábrica.hKghKgWKgKcalKgKcalKgKcalHPWhhChHPWsBsentradasalidafgBs790687897072653259744155004415.,,,º@,FIGURA 2.10. Esquema de Flujo de Agua y Calor2.8.2.2 Estudio del cuerpo:El cuerpo esta formado por:Coraza2 Espejos2 Carretes2 TapasTubos
  25. 25. HogarUn caldero equivale a un intercambiador de calor, en donde el fluido caliente circula porel interior de los tubos y el fluido frió por el exterior de los mismos, la mayoría de casasconstructoras para el diseño de número de pasos del fluido interno le dan tres pasos, ypara el fluido externo un solo paso.FIGURA 2.11. Diagrama Caldero2.8.2.3 Estudio de los tubos.Diámetro.Para potencias relativamente bajas las casas constructoras recomiendas tubos sincosturas con las siguientes características:Esquema del tuboFIGURA 2.12. Esquema del tubo para caldero
  26. 26. DiámetronominalNPSDiam. Ext. Cedula 40pg mmGrosor Pared Presión Int. Trab. Peso Aprox.pg mm PSI Kg/m Lb/pie Kg/m1/8 .405 10.29 .068 1.73 6170 434 .25 .371/4 .540 13.72 .088 2.24 5970 420 .43 .633/8 .675 17.15 .091 2.31 4810 338 .57 .851/2 .840 21.34 .109 2.77 4610 324 .85 1.273/4 1.050 26.67 .113 2.87 3750 264 1.13 1.691 1.315 33.40 .133 3.38 3510 247 1.68 2.5011/4 1.660 42.16 .140 3.56 2880 202 2.27 3.3911/2 1.900 48.26 .145 3.68 2590 182 2.72 4.052 2.375 60.33 .154 3.91 2180 153 3.65 5.4521/2 2.875 73.03 .203 5.16 2390 168 5.79 8.643 3.500 88.90 .216 5.49 2070 146 7.58 11.3031/2 4.000 101.60 .226 5.76 1890 133 9.11 13.584 4.500 114.30 .237 6.02 1750 123 10.79 16.096 6.625 168.28 .280 7.11 1395 98 18.97 28.288 8.625 219.08 .322 8.18 1227 86 28.55 45.5710 10.750 273.05 .365 9.27 1113 78 40.48 60.36Tabla 2.2 Dimensiones y Presiones de trabajo de tubería de Cedula (Pipe)ASTM A312Diámetro exterior: 60,3 mm.Diámetro interior:52,51 mm.Espesor: 3,91 mm.Longitud.
  27. 27. La longitud de los tubos se dan por formulas experimentales, en los que cada unade ellas es una función de la potencia.La formula de cálculo esta basada en formas experimentales 3300480 ,, BHPLmLHpL7230500480,,,Área de cada tubo251107206030mAmmALDA..*.***2.8.2.4 Estudio del área de calefacción.Esta área tiene parámetros diferentes a los que tiene si el combustible sólido,este valor es una función de la potencia del caldero, y se encuentra en muchas formulasdadas por las casas constructoras 4, la ecuación que se recomienda es:2246,23ncalefacciódeArea004,0465,0ncalefacciódeAreamHPB2.8.2.5 Estudio del número de tubos.3 Bernal Bolívar, Memorias de la Cátedra de Operación de Calderos, Universidad de Cuenca, Facultad deCiencias Químicas, Cuenca-Ecuador 20084 Bernal Bolívar, Calculo de Equipo, Universidad de Cuenca, Facultad de Ciencias Químicas, Cuenca-Ecuador 2006
  28. 28. tubosmm..,#,,##46424572106024623232tubosdetubosdetuboslosdeexternaAreacalefaciondeAreatubosdeEste numero de tubos se puede aumentar o quitar dependiendo del diseño sobreel cual se trabaja.Calculo peso total tubos.KgtubostotalpesotubostotalpesotubcKgPPVPmPmVVeLAV3269546115151151572001009921009921091372063303333.....*...../...**.***.)*.(*.*).*(**Fijación de Tubos
  29. 29. A) Expansión y RoladoEs la manera comúnmente utilizada por todos los fabricantes de calderas lo cual permiteel movimiento lineal cuando el tubo se expande. Requiere reexpansión periódica.B) Expansión, Enrolado y ProsseringProceso en el cual captura el tubo por los dos lados de la placa tubular eliminandomovimiento linear y la re-expansión periódica correspondiente.C) Expansión, Enrolado, Prossering y SoldaduraUn proceso para rigidez adicional. Se puede cambiar el tubo sin deformar el agujero.2.8.2.6 Distribución de los tubos en el espejo.
  30. 30. Los tubos en el espejo deben tener una distribución de triangulo equilátero.= 60,32 mm esta cota constituye el diámetro externo del tuboCalculo de pt:Pt= 2 radios * doPt=1.25 * 60.32mmPt = 75,4 mm.Calculo de c`:C`=0.25 * doC`=0.25 * 60.32mm0d
  31. 31. c = 15,08mm.En la distribución de tubos x paso se puede aceptar un error del 5% del diseño2.8.2.7 Estudio del diámetro del espejoLas casas comerciales que construyen calderos recomiendan Diámetros delespejo de 1,06 m. para calderos con una potencia de hasta 100 , el espesor es uncriterio particular, pudiendo ser un mínimo de 10 mm de espesor. 5D espejo= 1.06 m2.8.2.8 Estudio del hogar.El hogar es un tubo cuyo diámetro debe estar entre un 40% y 45% del diámetrodel espejo, la posición de este tubo en el espejo depende exclusivamente del diseño, esdecir que se pueda subir o puede bajar a lo largo del eje vertical, de tal forma que seasegure que sobre el mismo existan dos filas de tubos y tenga el área para acumulaciónde vapor6.mespejoiametro4770,..hogarm1,060,425hogard42.5%hogarEspesor del hogar 10 mm (por determinación de casas fabricantes)5 Bernal Bolívar, Memorias de la Cátedra de Operación de Calderos, Universidad de Cuenca, Facultad deciencias Químicas, Cuenca-Ecuador 20086 Bernal Bolívar, Memorias de la Cátedra de Operación de Calderos, Universidad de Cuenca, Facultad deciencias Químicas, Cuenca-Ecuador 2008BHP
  32. 32. 2.8.2.9 Estudio del área para acumulación de vapor.Esta área se encuentra en la parte superior del espejo, se denomina como áreade acumulación de vapor; esta altura entre el agua y el domo es de un 20% del diámetrodel espejo..,,,..%malturamalturaespejodiametroaltura21200612020FIGURA 2.13 Cotas de área de acumulación de vapor2.8.2.10 Estudio del tanque de agua.Condición principalEste tanque debe entregar un caudal constante durante 20 min.3100068789mkgaguahkgWS.,Caudal Volumétrico:
  33. 33. hmQmkghkgQWsQ3379001000790.Del caudal total requerido en el sistema, se determina el volumen necesario parasuministrar en 20 min. Tengo:El volumen del líquido que deber tener el tanque de alimentación (0,263m3) esel 70% del volumen total del tanque.70% liquido30% vacióPor lo tanto el volumen del tanque de alimentación es:33375070100263230mVxmVTanqueTanque,%%,De las dimensiones de este tanque, la relación es 3dlentonces obtenemos:Relación entre longitud y diámetro32 26323,0 mV OH3L
  34. 34. mmDVDxDxVxDxxDVxLxDVxDLT5424033750434433443333322,..Longitud del tanque:mLmxLxDL627154033,.2.8.2.11 Estudio de a potencia de la bomba de agua:ParámetrosCaudal volumétrico (Q)790segm3Densidad )( 36003mKgTrabajo bomba (hw)KgKgmRendimiento bomba =0,75Factor de corrección para pasar a CV CV (75)
  35. 35. xhwPothwhKgPothwWPotsgKgahKgdepasarparaWQxWhwQPotBombaBombasBombaSSBomba0039075750219075360079075.............)../(2.8.2.12 Estudio del trabajo de la bomba (hw)Se aplica bernoulli entre 1 y 2rozamientoporperdidashfespecificopesoresionPPvelocidadUpotencialgacarzhfPgUZhwPgUZ..........2222121122Se desprecia la energía potencial y cinética ya que son pequeñas:hfxxhwhfPPhw10001011000105 4412Calculo de perdidasDLLgUfhfE**22D=40,1mm21 ZZ
  36. 36. Las perdidas ocasionadas por los accesorios y longitud de tubería se calculan acontinuación:L=2,5 para tubería rectaEL 2 x10 =20 (2 válvulas perdidas en accesorios)1x15 = 15 (1 válvulas check perdidas en accesorios)EL = 355375235..EELLLLPara determinar el factor de fricción determinoNumero de ReynoldsFIGURA 2.14 Diagrama de Flujo de Vapor0le.despreciabntepracticame221gU0le.despreciabntepracticame221gU
  37. 37. Cálculo de reynols.69531010401021904423eRmsNxmsKgeRDWeR s./.*.*.*.***.Calculo VelocidadCálculo de uDQu4smUmsmEU17004001924224..*.*Rugosidad relativa00144025100180.".".DDCon la rugosidad relativa y el número de Reynolds, se obtiene el factor de fricción en eldiagrama de Moody.Cálculo de f en el diagrama de Moody0380.f
  38. 38. mhfmmmsgmsgmhfDeeuqivalentLLgufhf0520040103552819217003802222.......KgKgmhwmmKgmKgmKgmKghw0524005201000100001000500003232..GPMPotCVPotKgKgmPotBombaBombaBomba..,.,71560052401093 3Calculo de la potencia Real de la BombaEs importante garantizar la potencia que requiere la bomba para alimentar agua alcaldero por lo tanto se obtiene una potencia real:GPMpotpotpotrealBombareal..%*13200
  39. 39. Tabla 2.3 Datos de bombas de agua, catalogo Cleaver BrooksBomba mercado= 13 GPM
  40. 40. FIGURA 2.15 Niveles de liquido y vapor en la caldera2.8.2.13 Calculo del combustible necesario para la calderaParámetrosCombustible DieselPoder CaloríficoDensidadTemperatura 25ºCCalor que necesito para elevar la entalpía del punto 1 al 2:kgkcal72003920mkgesS hhWq kgkcal69,927entradadeentalpiakgkcal653,9salidadeentalpiaeshh
  41. 41. kgKcalqkgKcalkgKcalhkgqhhWsqnecnecentrsalnec79461138709653790,).()(Calor que debe dar el combustible:CphhWsWxCpWhhWscaloricoenergiadebalanceCpqWCpWqentrsalfuelfuelentrsalECOMBUSTIBLECOMBUSTIBLfuel)()(.......kgKcalqkgKcalhKgqhKgWkgKcalkgKcalWnecfuelfuelfuel8461138720004640464720079461138,*...,2.8.2.14 Caudal volumétrico del combustible
  42. 42. GPHqgalonesapasarparaqhoraporlitrosqlitrosapasarparaxhmqKgmhKgqWqfuelfuelfuelfuelfuelfuelfuelfuel............/.........................5418753669669100006960920046433Para tener una certeza de que el combustible pueda cubrir cualquier demanda secoloca un factor de seguridad de entre 200% y 300% por recomendación dealimentación de las casas comerciales de modo que7:40GPHGPHQGPHQECOMBUSTIBLECOMBUSTIBL083725418.,Bomba y quemador con un máximo de 40 GPHEn la bomba no pasa el valor total de 40 GPH sino solamente los 18,54 el restode combustible regresa, por el ciclo de retroalimentación, de igual manera sucede en elatomizador, lo que no se consume retorna al tanque de diario, mediante la acción de lasválvulas selenoides.Selección bomba.Considerando las especificaciones de los cálculos si como las de diseño,consideramos las bambas existentes en el mercado, analizando todos estas exigenciasdeterminamos la adquisición de la bomba:Cleaver Brooks SS-H5-3 con una capacidad de 13 GPM con una presión de 70Psi, garantizándonos el cumplimiento de nuestros requerimientos de diseño.7 Bernal Bolívar, Memorias de la Cátedra de Operación de Calderos, Universidad de Cuenca, Facultad deciencias Químicas, Cuenca-Ecuador 2008
  43. 43. 2.8.2.15 Selección quemadorCaracterísticas del quemadorConsumo de combustible (para una intensidad calorífica de 1245.76 Mcal/h.m3 en elhogar) 45.4 lt/hCapacidad de bombeo de combustible 75.7 lt/hPotencia del motor de inyección de aire 2HPVelocidad de giro del ventilador 3450 rpmVoltaje del circuito de control normalizado 115 VCaracterísticas del motor del inyección de aire 3-230-60Capacidad de inyección de aire 1019.4 m3/hTipo de inyección eléctrica(Los valores 3-230-60 significan trifásico -230 voltios -60 ciclos).Principio de funcionamientoEl aire y el combustible se inyectan en el hogar y se inflaman al contacto con lallama que alimentan. La forma y el posicionamiento de la llama en el hogar sonprimordiales para:Optimizar los fenómenos de radiación y convección;Reducir las emisiones de NOx, CO y polvos.FIGURA 2.16 Diagrama Flujo Combustible
  44. 44. El quemador funciona con un ligero exceso de oxígeno, 10 a 15% paragarantizar una combustión completa evitando las pérdidas térmicas por los humos.Durante su utilización, el quemador tiene regulaciones próximas al punto de equilibrioentre la formación creciente de NOx y de CO garantizando un rendimiento elevado.Los humos de combustión circulan así por los circuitos de recuperación, tubosde humos o circulación alrededor de los serpentines para mejorar los rendimientosenergéticos.Se considera el valor calculado de la bomba un valor máximo de 40 GPHDe lo que se elige el quemador:POWER FLAME TYPE HAC3-06Que cumple con las características de caudal volumétrico máximo con un rangode 45GPM2.8.2.16 Balance estequiometricoEn la tabla 4 se indican las especificaciones de los aceites combustibles de acuerdo anormas internacionales.COMBUSTIBLEPODER CALORIFICOSUPERIOR (Kcal/Kg)PODER CALORIFICOINFERIOR (Kcal/Kg)DIESEL No. 1 (KEREX) 10.852 10.233DIESEL No. 2 (DIESEL) 10.913 10.237FUEL OIL No. 6(BUNKER)10.608 10.046Tabla 2.4 Descripción de aceites combustiblesComposición Valor MedioC,%p 86.45H,%p 10.42
  45. 45. N,%p 0.50Na,%p x l0-413.47K, %p x l0-49.65Ca,% p x l0-43.95Mg,% p x l0-42.29V, % p x l0-4101. 16Si+ins,% p x l0-480.40S, % p x l0-44,69Tabla 2.5 Composición Elemental del Fuel Oil Nº 6Composición química del combustibleNombre Símbolo %peso Peso molecularCarbono C 86,5 12kg/kmolHidrogeno H 10,4 1kg/kmolAzufre S 4 32kg/kmolTabla 2.6 Composición Elemental del Fuel Oil Nº 6El aire es la fuente común de oxígeno para la combustión en las calderas; es una mezclade oxígeno, nitrógeno y pequeñas cantidades de vapor de agua, dióxido de carbono,argón y otros elementos. La composición del aire atmosférico está dado en la tabla 6AIRE ATMOSFERICO SECOELEMENTO VOLUMEN % PESOMOLECULARNitrógeno 78.09 28.016Oxígeno 20.95 32.000Argón 0.93 39.944Dióxido de carbono 0.03 44.010Tabla 2.7 Composición aire atmosférico
  46. 46. Composición química del aireNombre Símbolo % peso Peso molecularOxigeno O 21 16kg/kmolNitrógenoN 79 14kg/kmolEl caudal másico es:hkgWmkgxhmEWsQxpWshmEQGPHQECOMBUSTIBL 5172920518751874033333,..Calculo del flujo másico del aire para el carbono WC.22 NOCaire XXWCalculo de la cantidad (X) de oxigeno para formar CO2.C + O212 32 [kg/kmol]172,5(86%) X [kg/h]
  47. 47. hkgXkmolkgxhkgxkmolkgXOO63951286051723222,).(,Calculo de la cantidad (X) de Nitrógeno para formar el aire.AireO2 + N223 77 % composición del aire395,6 X [kg/h]hkgXxhkgXNN41324230770639622,.).(,hkgWhkghkgWXXWCaireCaireNOCaire172041324639522,,Calculo del flujo másico del aire para el Azufre WS.22 NOSaire XXWCalculo de la cantidad (X) de oxigeno para formar SO2.S + O232 32 [kg/kmol]
  48. 48. 172,5(4%) X [kg/h]hkgXkmolkgxhkgxkmolkgXOO73204051723222),(,Calculo de la cantidad (X) de Nitrógeno para formar el aire.AireO2 + N223 77 % composición del aire7 X [kg/h]hkgXxhkgXNN4323230770722,.).(hkgWhkghkgWXXWCaireCaireNOCaire43304323722,,Calculo del flujo másico del aire para el Hidrogeno WH2.222 NOaireH XXWCalculo de la cantidad (X) de oxigeno para formar vapor H2O.2H2 + O2
  49. 49. 4 32 [kg/kmol]172,5(10%) X [kg/h]hkgXkmolkgxhkgxkmolkgXOO13841051723222),(,Calculo de la cantidad (X) de Nitrógeno para formar el aire.AireO2 + N223 77 % composición del aire138 X [kg/h]hkgXxhkgXNN46223077013822.).(hkgWhkghkgWXXWaireHaireHNOaireH600462138222 22hkgWhkghkghkgWWWsWcWTOTALaireTOTALaireHTOTALaire432350600433017202,,Calculo relación Aire-Combustible
  50. 50. Aire seco:22 NOAire%......%......772322HOCombustible:PesoHidrogeno ( 2H ) 10%Carbono (C) 86%Azufre (S) 4%100%ComposiciónCombustibleReacción decombustiónMoles Comburente Gases decombustiónElemento %(Kg)Oxidación n nO2 Componente MolesC A C+O2 CO2(1:1: 1)CO2 nCO2=nCH2 B H2+½O2H2O(1:½ 1)H2O nH2O=nH2S D S+O2 SO2(1: 1: 1)SO2 nSO2=nSnGc=∑niReacción de combustión:OyHxCONOSHC at 22222612 )(OyHxCONOSHC at 22222612 763 ).(Relación porcentual de nitrógeno / oxigeno: 79/21=3.76
  51. 51. ).( 222612 763 NOSHC atObHSHC 22612 4410586 ..ObHSHCNOaSHxC 22612222612 4410586763 ..).(693226207586120121797632....*.bbxHyxCaaNLa reaccion queda:OHSHCNOSHCObHSHCNOaSHxC2261222261222612222612693441058676301212074410586763...).(....).(La ecuación de combustión para 1 Kmol de combustible se obtiene aldividir la ecuación anterior entre 7.20OHSHCNOHCdividiendoOHSHCNOSHC226122226122261222261213550441011276391269344105867630121207...).(....).(..222222612 763130112763912 NOHCONOHC at..).(.La relación aire combustible se determina tomando la proporción entre la masadel aire y la masa del combustible:Para encontrar el porcentaje de aire teórico se necesita conocer la cantidad deaire teórico, que la determinamos con la ecuación de combustión teórica delcombustible:ecombustiblaireecombustiblaireKgKgACkmolkgkmolkmolkgkmolkmolkgkmolmmAC06172131212297640121.)/)(()/)(()/(*).*.(
  52. 52. 222222612 763130112763912 NOHCONOHC at..).(.5185612 ..atPorcentaje de aire teórico:tairerealairetairerealaireNNmm........%..*..*.........51137645187640121tairerealairetairerealairemmkmolkmolmmSe utilizo un 13.5% de exceso de aire durante el proceso de combustión,existiendo una relación adecuada de A/C que esta determinada por los fabricantes entreel 10 y 15 % para una combustión completa, en el caso de calderos nuevos.

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