cálculo y diseño de un caldero de 100 bhp

7/25/2019 Clculo y Diseo de Un Caldero de 100 Bhp

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INTEGRANTES:

Edward Yauri RozalesEddy Espinoza Ochoa

Julio Rojas Nuez

Josu Huacause Ochante

CLCULO Y DISEO DE UNCALDERO DE 100 BHP

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA

MECANICA

Profesor: I!" H#$%er&o Torr'(oGo)*+es

C*++*o, -. M*r)o /e+


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INTRODUCCION

Las Calderas o Generadores de vapor soninstalaciones industriales que, aplicando el calor deun combustible slido, lquido o gaseoso, vaporizan

el agua para aplicaciones en la industria. Inicialmente fueron empleadas como mquinas paraaccionar bombas de agua, de cilindros verticales.Ella fue la impulsora de la revolucin industrial, lacual comenz en ese siglo continua en el nuestro.

En este presente traba!o representamos el dise"o#ecnico de una caldera $irotubulares de %&& '($,basado en la norma )*#E *ECCI+ I.


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DISEO DE UNA CALDERA PIROTUBULAR

En el principio nosotros tenemos como datos de dise"o-

Caldera de %&& '($Caldera (orizontalumero de pasos

+peracin automticoCaldera sin retorno de Gases/ipo de espalda seca0imetro del Casco 1& in$resin de traba!o %2& psig$resin de dise"o %3& psig/ipo de combustible 02/ipo de corriente )lterna 22&451& (6$roduccin de 4apor saturado 73& lb de vapor por 8ora,

8asta 2%2 9:


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Teniendo en cuenta:

$or espalda seca, cuando las tapas posteriores ;oespe!os< aislados con los ladrillos refractarios.

Como caso prctico par caldera 8orizontales, conuna super=cie de calefaccin para una caldera de

%&& '($ es de 3&& pies2


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I. SELECCION DE MATERIAL PARACALDERAS PIROTUBULARES

1.1 PARA LA CMARA DE FUEO! CASCO " PLACA.osotros seleccionaremos el material por *).2>3

G?)0+ C, para el casco, @ue, los anillos dereforzamiento si 8ubiera el caso.

$ara las placasA espe!os, seleccionamos *).3%3Grado C, debido a que este material tiene maordureza, para que no a@o!en los tubos de caldero

1.# PARA TUBOS DE FUEO " TUBER$AS DE LA

CALDERA*) %B2 tubos de acero para la caldera sin costura

para servicio de alta presin igual al )*/# %B2


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II. LAS PLACAS PORTUBOS% ESPE&OS

#.1 SELECCI'N DEL DIMETRO DE LAS PLACAS

*egn cdigo )*#E recomienda los siguientes dimetros deCaldera de acuerdo a la potencia de la misma-

Potencia Di()et*o +B,P-+Pu/ada0-

0e 2& a 1& A 72

0e 1& a %&& A 7>De 1 a 12% 3

0e %3& a 223 A 17

0e 223 a 3& A D1

0e 3& a 7&& A >2

0e 7&& a 1&& A >>0e 1&& a D&& A B1

0e D&& a >&& A %%2Pa*a una 4otencia de 1 a 12 B,P to)a)o0 un di()et*o de 34u/


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#.# SELECCI'N DEL ESPESOR DE LA PLACA PORTATUBOS

El artculo $GA71 del cdigo, trata sobre espesores de placa

requerida por una determinada presin admisible, in@uendotambin el espaciamiento entre los tirantes o paso.

0nde-/- Espesor de la placa requerida, eFpresada en %1avosde

pulgadas.$- #Fima presin de traba!o admisible ;$*IG %52H pero enningn caso eFceder %3 veces el valor del dimetro deltirante.

$ara nuestro dise"o- P 5 12 PSIP*e0i6n de di0e7o

$ara lo cual se pide calcular la placa. /ener presente segncdigo )*#E seccin I $:/AB el mnimo espesor para las

placas portatubos est limitado tambin por su dimetro deacuerdo a la siguiente tabla-Di()et*o de a 4aca +4u/- E04e0o* )8ni)o+4u/-

(asta 1 %57

0e 1 a 37 35%1


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El dimetro de la planc8a en pulgadas, el espesor mnimo enpulgadas para placas de 37 in 8asta D2 in nos recomiendanplanc8a de

Po* o tanto a0u)iendo un e04e0o* de 4aca de ; 4u/, $ %3& $sig , C %3, remplazando

Concu0i6n-$ara la construccin de $lacas, se selecciona el material )cero al

Carbono Calidad )*/# 2>3 grado C, de pulg de espesor condimetro 1& in placa espe!os.

*e asume tambin que el nmero de placas es 2 , debido a que

no 8a cmara de retorno de gases

5/8"7"59.7

6.57150

135*8* 2/12/1

22/1

2

==

=

=

=

pp

P

CTp


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III. EL ,OAR O CMARA DE COMBUSTI'N

Es importante mencionar que la cmara de combustin o:lue se conforman de planc8as planas, las mismas que soncurvadas o roladas en fro para luego ser soldadas.

?.1 CALCULO DEL DIMETRO DEL FLUE$ara nuestro dise"o sabemos que- $ %3& psig.)*#E recomienda que el dimetro eFterior del :lue est

dentro del rango de 3 al 3&J del dimetro interior del cascoo dimetro de la placa

$or lo tanto para nuestro dise"o consideraremos el dimetroeFterior del :lue-0o 27 pulg. , que equivale al 7&J del dimetro de la placa

;1&H3MC D23 9:

Lo0 4a0o0 a 0e/ui* 4a*a a0 di)en0ione0 de Fue 0on:

*e asume el valor de t L, se determina las relaciones L50 05t

t %52 N L 2>.3H


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Con el valor de L50o interceptar 8orizontalmente con lacurva 0o5t, en a ta@a PFT.19

0esde este punto interceptar verticalmente con la curva dela temperatura +9#2F 4a*a nue0t*o ca0o-.

0esde este ltimo punto, interceptar 8orizontalmente 8asta8allar el valor del factor ' % &&&

Luego calculamos el valor de la presin admisible

44

2

1

22

295.122

5.28

==

==

t

D

D

L

)150()8.270(

8.270

21

24

13000

PsiPPsiPa

PsiPa

tD

BPa

>

==

=


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Comparamos el valor de con el de $. *i 8ubiese sido menor,tendramos que seleccionar un espesor de :lue ms grandeo un valor menor de L con el =n de incrementar 8asta quesea igual o maor que $. Po* o tanto cu)4e con a0

condicione0 de 4*e0i6n.*e sigue con los condicione0 de )o)ento de ine*cia de

a 0ecci6n de anio./enindose conocido las 0,L,t asumimos valores de .

*abiendo que debe cumplir las siguientes condicionesprevias al clculo, delEspesor del )nillo /r.

*abiendo que- t H

*e obtiene que espesor del anillo /r 35>H

tTr

Tr

25.1

16

13

16

5

3 Grado C de %52H de dimetroeFterior igual a 27H , Longitud igual a 2>.3H, /r igual a 35>H (r igual a 2.23H Lcf igual a D %5%1H.

mDLcf =0nde-Lcf Longitud circunferencial0m 0imetro medio del :lue

0o R tL

cf

S ;27A%522HLcf D %5%1H


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I TUBOS DE FUEO El cdigo )*#E en su artculo $:/A%2 establece los requerimientos

para el espesor del tubo en funcin de su dimetro eFterior,

obtenindose como resultado la mFima presin de traba!oadmisible.

.1 CALCULO DEL ESPESOR DEL TUBO

$artiendo de la tabla $/: %2.% seleccionamos un dimetro de tubode 2 in con un espesor de &.&B3 in de 2%& psig para una maor

transferencia de calor,/abla $:/A%2.%


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.# CALCULO DE LA CANTIDAD DE TUBOS

$ara calcular la cantidad de tubos de 2 in., se debe tener encuenta

0imetro de la placa- 1& in0imetro eFterior del :LQE- 27 in0imetro eFterior del tubo- 2 inumero de pasos es

$ara nuestro caso seleccionaremos la de lnea recta el centrodel :lue se encontrar deba!o del centro de la placa ;puedencoincidir ambos centros dependiendo del dise"o


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$rcticamente se recomienda que la separacin entre tubos debeser de % pulg. aproFimadamente. $or tal motivo se empieza adetallar la placa portatubo indicando al :lue la cantidad detubos de 2H de dimetro que alcanzaranP llegando a concluir que

en lado del 2do paso ;lado inferior< alcanzaron 3B tubos de 2pulg. de dimetroP en el lado del er paso ;lado superior&&& pies5minD& lbs 8r

4 - velocidad de tabla >&&& pies min

v - volumen espec=co del vapor 2.D1 pie5lb.) - Orea del cople ;pulg2 galones 5 libra. $or lo tanto obtendremos el mismo @u!o

de agua a ingresar a la caldera de la siguiente ecuacin-

m :lu!o de agua en galones5min ;G$#< m @u!o de masa de agua mnima 73& lb5(r vvolumen espec=co &.%%BB> galones5lb

!mo

*o

=

in60

1119938.03450

o Hr

lb

$alones

Hr

lb=

"in/89.6o

$alones=

%P&89.6

o

=


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*e recomienda que el @u!o a ingresar al caldero sea el doble o 8astael triple del @u!o mnimo.

$ara nuestro caso consideraremos un 4 %3 G$# una presinmFima de %3& $*I.

)dems de tablas se debe de considerar una velocidad entre %3& a&& pies5min que es la recomendable para @u!os de agua en general.

$ara nuestros clculos consideraremos %3& pies5min que es lo mscrtico.

$or lo tanto-

)dems sabiendo que-

0onde 4- velocidad del agua %3& pies5min

)&.&%1 pulg 2

( )

3

33o

lg12

1

1

lg231

"in15

pu

pie

$alon

pu$alones=

in/004.2 3o

pie=

"A

o

=

150

004.2=A


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(allando el dimetro

0 &.%&7 pulg

/ener presente que para calderas el cdigo )*#E recomienda que

el cople mnimo para la lnea de agua de alimentacin debe ser de[ pulg.

Concu0i6n:

$ara nuestro caso seleccionaremos un cople soldable con rosca de

% pulg. de dimetro F && $*I de vapor ;se recomienda ademsveri=car la coneFin de salida a descarga de la electro bomba deagua que se seleccionar para alimentar a la caldera


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>.? COPLE PAR AUA DE ALIMENTACION%IN"ECTOR

La copla seleccionada anteriormente servir para la alimentacinde agua mediante una electrobomba para agua.

)dems se recomienda que para evitar el constantefuncionamiento de la electrobomba, se instale un inector de agua

para el cual necesitamos instalar otro cople de la mismacaracterstica que el anterior.

Es as que para la instalacin de un inector seleccionaremos unacopla soldable roscada de % pulg. de dimetro F && psig paravapor.

Nota:

*e recomienda que a los calderos maores de >& '($ se lesinstale obligatoriamente un inector para alimentar de agua alcaldero como auFilio a la electrobomba.


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>. COPLA PARA LULA DE SEURIDAD

Como un sistema de seguridad mecnico se recomienda instalar una ovarias vlvulas de seguridad que como mnimo descarguen la misma

cantidad de libras de vapor 5 (r que se generar en la caldera.$ara nuestro caso endo a seleccionar la vlvula de seguridadcomprobamos que dic8a vlvula debe ser de % pulg. de dimetroP portal motivo seleccionaremos una copla soldable con rosca de % pulg. dedimetro F && psig de vapor.

>.2 COPLA PARA PURA DE ESPUMA

*abedores que en el lmite entre el agua vapor se tiende aproducirse espuma, lo cual puede ser arrastrada por el vapor a la 8oraque este se descarga de la caldera, originando que dic8o vapor nosalga seco sino que arrastre 8umedad, se recomienda purgar cada

cierto tiempo esta espuma, por tal motivo se recomienda para nuestrocaldero instalar otra cople soldable con rosca de % pulg. de dimetro F&& psig, de la misma caracterstica que el de la alimentacin de agua,el cual se tendr que empalmar a la lnea de drena!e o al tanque de

purga si lo 8ubiera

> 3 COPLA PARA PURA DE FONDO


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>.3 COPLA PARA PURA DE FONDO

0ebido a que en el caldero se van a precipitar sedimentos Rcalic8e, se recomienda eliminarlos mediante purgadas en la partems inferior de la caldera por tal motivo se recomienda instalar

como mnimo un cople que sea el 23J o maor en cuanto a lacapacidad del cople de la alimentacin de agua.

$ara calderas maores de >& '($ se recomienda instalar doscoples para purga de fondo.

Es por este motivo que nuestro caldero llevar en el fondo lado

posterior un cople soldable con rosca de % ] pulg. de dimetro F&& psig de vapor.

>.9 COPLA PARA INSTALACI'N DE LA COLUMNA DE NIEL +SEINCLU"E EN ESTE SISTEMA AL MAN'METRO! AL LIMITADOR DE

PRESI'N " CONTROL DE NIEL TIPO ELECTRODO-Conocedores de estos controles sabemos que las columnas de nivelmarca #c 0onnell #iller que son los ms usados internacionalmente,tienen dos coneFiones de % pulg. de dimetro.

$or tal motivo colocaremos dos coplas soldables con rosca de % pulg.

de dimetro F && psig vapor para poder instalar dic8os controles

> > COPLA PARA TEMPERATURA DE C,IMENEA


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>.> COPLA PARA TEMPERATURA DE C,IMENEA

$ara poder controlar la temperatura de salida de gases decombustin del caldero por su c8imenea se recomiendacolocar una copla soldable con rosca de pulg. de dimetro F

&& psig.El colocar un termmetro en la c8imenea es para podercomprobar si la temperatura de los gases o la salida de lac8imenea es maor a la temperatura de roco de dic8os gaseslo cual 8a que controlar.


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I. C,IMENEAS.1 DIMETRO DE LA C,IMENEA

*abedores que la fuente generadora de calor nos losproporciona la combustin de los combustibles los cualesrecorren el caldero a travs de los tubos en forma de gases,los cuales deben de salir de las calderas a travs de lac8imenea, por tal motivo nuestra c8imenea debe de tener %%

pulg. de dimetro pues el Cdigo )*#E recomienda quepara calderas de-

(asta 72 pulg. de dimetro c8imenea de B [H

De0de > a 3 4u/. de di()et*o ci)enea de 11;

0e 17 pulg. de dimetro c8imenea de %7 H


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. BASE DE LA CALDERAEl cdigo )*#E recomienda que para una caldera de 1& pulg.de dimetro su base debe tener una altura mnima de %2 pulg.desde la parte inferior del casco al piso.0ebe estar 8ec8a de planc8as de )cero Estructural calidad

)*/# 2>, de ] pulg. de espesor, de!ando un buen acceso parala instalacin de las tuberas de los drena!es.


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I. TAPAS TANTO DELANTERA COMO POSTERIOR

0eben estar 8ec8os de planc8as estructurales calidad )*/#2>, de ] pulg. de espesor cuando el casco tiene un dimetrode 1& pulg. de interior.

La tapa del 2do paso debe recubrirse con refractario;aislante


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II. TAPAS DE REISTRO O TAPAS,AND ,OLE O ENTRADA DE MANO

Con el afn de c8equear e inspeccionar el estado interno de lacaldera se recomienda colocar como mnimo tapas de ()0(+LE, elpticas las cuales pueden ser de pulg F 7 pulg o el de F 7 pulg.

Estas deben colocarse una en la parte inferior de la caldera las

otras dos en los lados laterales de la caldera./ambin se recomienda instalar tapas elpticas denominadas #)(+LE o entrada de 8ombre para poder inspeccionar me!or lacaldera.

Estas tapas se deben instalar de preferencia para calderas cuodimetro del casco es igual o maor que 7> pulg.

)dems se recomienda que dic8a tapa elptica se instale en laparte superior de dic8a caldera, sus medidas msrecomendables son de %3 pulg. F %%pulg. 5o de %2 pulg. F %1pulg. , respectivamente


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AeosD'*!r*$* /e G*&&C*+/er* 10O BHPEs2*+/* se(*

SEMANA 1

1 # ? 2 3

REQUERIMIENTO " ORDENES DE COMPRA

$lanc8as )A2>3, )A1, *oldadura *upercito, *oldadura Cellocord, etc

)ccesorios de equipo de combustin, valvulas, Electrobombas, etc.

TRAGADO! CORTE " BISELADO

$laca $ortatubos

Casco, :lue, #an8ole, c8imenea

SERICIOS DE TRANSFORMACI'N

*ervicio de $erforado de $laca $ortatubos

*ervicio de ?olado Casco, :lue, /ambor, #an8ole $ostizos

*ervicio de Corte 0oblez A Canal Estructural


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SEMANA 2

1 # ? 2 3

SERICIOS DE TRANSFORMACI'N

*ervicio de $erforado de $laca $ortatubos

*ervicio de ?olado Casco, :lue, /ambor, #an8ole $ostizos

*ervicio de Corte 0oblez A Canal Estructural

ARMADO " SOLDADO

*oldadura Longitudinal de Componentes sometidos a $resin Interna ;Casco< a $resin EFterna ;:lue, /ambor<

)rmado *oldado Circunferencial de Componentes sometidos a $resin Interna ;Casco< a $resin EFterna;:lue /G Pza1 . .13 .13

N7P$E .F&G > (G Pza1 0 .1. 010

EE! .F&G Pza1 0 21( &

#O%O .F&G Pza1 . 213( 213(

:"!H7N; .F&G A .F0G Pza1 ( 210 &N7P$E! %E .F0G > &G Pza1 0 21/ &10

N7P$E! %E .G > 3G Pza1 .2 214/ 41/

N7P$E! %E .G > &G Pza1 .2 21/3 /13

":O .G =t1 3 ( .(


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ENTRADA DE AGUA

:"!H7N; %E . .F0G A .G Pza1 . .1( .1(

EE! %E .G Pza1 & .1& &10APON =A#HO %E .G Pza1 & 21( .

"N7ON "N7CER!A$ .G Pza1 & &1/ (1&

#O%O .G> 0() Pza1 & . &

N7P$E! %E .G > 3G Pza1 / 214/ (1-/

N7P$E! %E .G > &G Pza1 / 21/3 31-'

PURGA

#O%O . .F&G Pza1 & .1' 31/

":O . .F&G Pza1 & / .&

N7P$E . .F&G > -G & 31& /10

VALVULAS

CA$C"$A :R7%A%A 3G PA!O ON%"$A%O Pza1 . 322 322

CA$C"$A APO$$O . .F&G L P"R;A M Pza1 & 3-1-& -(100

CA$C"$A APO$$O .G L #O$"=NA Y ENRA%A A;"A M Pza1 & .-1/ 3(1&

CA$C"$A APO$$O . .F0G L P"R;A A7RE M Pza1 . '1( '1(

CA$C"$A! #HE# .G "N7E% :RA!! Pza1 & 42 .'2

A##E!OR7O! Y #ONRO$E!


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CONTROLES

"E=A%OR ;$PYFO %7E!E$ & POIER6$A=E "nd1 . -(22 -(22

CA$C"$A !E;"R7%A% . .F0G Pza1 . .&2 .&2

CA$C"$A !E;"R7%A% .G Pza1 . 4(1( 4(1(

#O$"=NA #ONRO$ N7CE$ %E A;"A == .(- Pza1 . (02 (02

:O=:A A;"A :"R! ( H1P1 Pza1 . .'3/ .'3/

CA$C"$A! N7CE$ #ON ":O ROJO Pza1 . /2 /2

PRE!O!AO! $ 020 6 Pza1 & ..- &30

PRE!O!AO $ 4. : Pza1 . .'( .'(

=ANO=ERO 2*&22 =AR!H 0 .F&GK Pza1 . .- .-

RE$AY IARR7# &&2 C1 Pza1 . .32 .32

E$E#RO%O IARR7# Pza1 . &(1( &(1(

C7!OR PO!ER7OR Pza1 . &2 &2

11


70/71

PRODUCTO UNIDAD CANT" PRECIO PRECIO

UNITARIO US8 TOTAL US8

;A:7NEE E$E#R7#O /2> 02>&2 Pza1 . 32 32

$$ACE ER=O=A;NE7#A 3>/2 Pza1 . &( &(

#ONA#OR E$E=E#AN7"E .'A Pza1 . 3' 3'

RE$AY ER=7#O .&*./ A1 Pza1 . 0& 0&

RE$E A">7$7AR ..2 C1 Pza1 . .2 .2

$"#E! %E !EA$7DA#7ON Pza1 & & 0

A$AR=A !ONORA &&2 C1 Pza1 . .' .'

!I7#H #ON NE"RO Pza1 . & &

#AJA! PA!O PE!A%A! Pza1 ( & .2

#ON%"7 6$E>7:$E 3F'G =t1 .( .1' &-

#ON%"7 6$E>7:$E .F&G =t1 .2 & &2

#ON%"7 6$E>7:$E .G =t1 3 &10 -1&

#ONE#OR HER=E7#O .G RE#O Pza1 . 3 3

#ONE#OR HER=E7#O .G #"RCO Pza1 . 31( 31(

#ONE#OR HER=E7#O 3F'G #"RCO Pza1 &2 .1( 32

#ONE#OR HER=E7#O 3F'G RE#O Pza1 .2 .1' .'

#ONE#OR HER=E7#O .F&G #"RCO Pza1 0 & '

#ONE#OR HER=E7#O .F&G RE#O Pza1 0 &1& '1'

#A:$EA%O .0 HI Rollo . 3( 3(

#A:$EA%O ./ ;P Rollo . 3' 3'

A!:E!A%O ./ =t1 &( 21' &2

:ORNERA! PARA R7E$ .& AI; Pza1 .0 . .0

:ORNERA! PARA R7E$ 7ERRA Pza1 . & &

R7E$ %7N Pza1 . 3 3

#ANA$EA 32 > 32 Pza1 . 3 3

RAN!6OR=A%OR . I &&2*..2C Pza1 . (2 (2

#7NA A7!$ANE Pza1 . . .

#7NA =A!7N;APE Pza1 . . .


71/71

COSTO FINAL

US8

PARE E!R"#"RA$ &-2/31'0.4

A##E!OR7O! Y #ONRO$E! ..0/-133

E$E#R7#O! 0-.1(

.=00-"91=

Cos&o To&*+ /e F*%r'(*('? /e #* (*+/er*/e 100 BHP

cálculo y diseño de un caldero de 100 bhp

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