cálculos y resultados

Cálculos y Resultados

1. DETERMINACIÓN DEL FLUJO DE VAPOR:

∆ h1=3.4cm∆ h2=4.5cm

Tiempo aproximado para cada caso, ver en Observaciones

t 1=446 st 2=400 s

Considerando que todo el agua de alimentación se convierte en vapor:

mv=magua=ρ∗A∗∆h

tDonde:

ρ=997.8048 kg /m3(TBS=15.55 °C )A=0.6∗0.6=0.36m2

mv1=243.6929kg /hr=537.250728 Lb /hrmv2=271.7176 kg/hr=599.03476 Lb/hr

2. DETERMINACIÓN DEL FLUJO DE COMBUSTIBLE (RESIDUAL 6)

Características:

densidad=995.9kg/m3

Pc=10082.36BTU / lbs

mc=ρ∗A∗∆h

tDonde:

ρ=995.95kg /m3

mc1=40.5148kg /h=89.31981Lb /hrmc2=45.1740kg /h=99.59159 Lb/hr

3. ANÁLISIS DE LOS GASES DE ESCAPE DE COMBUSTIÓN

De los datos obtenidos del analizador ORSAT mostrados en la tabla de datos obtenidos, calculamos la distribución de los gases para media carga, de la siguiente manera.

N2 CO H20 CO2 02

80% 5.5% 8.03% 12% 2.5%

Sea la siguiente ecuación de Ostwald, para una combustión incompleta con exceso de aire

CnHm+(n+m4 − x2+z) (O2+3.762N 2)→ (n−x )CO2+xCO+zO2+

m2H 2O+3.762(n+m

4− x2+z )N2

Luego tenemos las siguientes relaciones a partir de los datos del analizador de ORSAT

n-x=12 x=5.5 z=2.5 3.762(n+m4 − x2+z)=80

Resolviendo tenemos

n=17.5 x=5.5 m=16.0611 z=2.5

Entonces, tendríamos nuestra ecuación balanceada de la siguiente manera, para las condiciones de media carga.

C17.5H 16.6+(21.2652 ) (O2+3.762N 2)→12C O2+5.5CO+2.5O2+8.03H 2O+80N2

Luego para plena carga:

N2 CO H20 CO2 02

84.07% 1.93% 14.78%

12.5% 1.5%

Sea la siguiente ecuación de Ostwald, para una combustión incompleta con exceso de aire:

CnHm+(n+m4 − x2+z) (O2+3.762N 2)→ (n−x )CO2+xCO+zO2+

m2H 2O+3.762(n+m

4− x2+z )N2

Luego, tenemos las siguientes relaciones a partir de los datos del analizador ORSAT.

n-x=12.5 x=1.93 z=1.5 3.762(n+m4 − x2+z)=84.07

Resolviendo tenemos

n=14.43 x=1.93 m=29.56 z=1.5

Entonces, tendríamos nuestra ecuación balanceada de la siguiente manera, para las condiciones de media carga.

C14.43H29.56+22.355 (O2+3.762N2 )→12.5C O2+1.93CO+1.5O2+14.78H 2O+84.07N2

Por lo tanto, mostramos en el siguiente cuadro las ecuaciones de combustión incompleta.

ECUACIONES DE COMBUSTION IMPLETA (CON EXCESO DE AIRE)CON. ECUACIÓN

MEDIACARGA

C17.5H 16.6+(21.2652 ) (O2+3.762N 2)→12C O2+5.5CO+2.5O2+8.03H 2O+80N2

PLENACARGA

C14.423H 29.56+22.355 (O 2+3.762N2 )→12.5CO2+1.93CO+1.5O2+14.78H 2O+84.07N2

4. RELACIÓN AIRE-COMBUSTIBLE Se expresa mediante la siguiente formulación.

ra / c=masaO2+masa N2masaC+masaH

ra / c=32

lbsmolO2

∗molesO2+28lbsmolO2

∗moles N2

12lbsmolC

∗molesC+1 lbsmolH

∗molesH

Entonces:

r ac

=32∗21.2652+28∗8012∗17.5+16.6

=12.88828 ----> A media carga (REAL)

ra / c=32∗22.355+28∗84.0712∗14.423+29.56

=15.14696 ----> A carga completa

RELACIÓN AIRE-COMBUSTIBLECONDICIONES

r ac[ lbs . airelbs. comb ]

Media carga 12.88828Plena carga 15.14696

5. CÁLCULO DE VAPOR ÚTIL( Q1)Se expresa mediante la siguiente relación

Q=mv

mc

(hVAPOR−hAGUA)

Tenemos los siguientes datos:

- Presión promedio de la caldera a media carga:

- Presión absoluta (en MPa) DE LA CALDERA: 0.51501 MPa

De las tablas termodinámicas, tenemos lo siguiente:

hAGUA=hf=109.05KJ /kg

Luego para el régimen de media carga remplazamos:

Q1media=243.692940.5148

(2749 .096084−109.05 )=15879.64118 kJkg−comb

=6827.016844 BTUlbs−comb

Q1 plena=271.717645.1740

(2749 .096084−109.05 )=15879.64284 kJkg−comb

=6827.01755 BTUlbs−comb

RELACIÓN AIRE-COMBUSTIBLECONDICIONES

Q1[ BTUlbs−comb ]


6. CALOR PERDIDO EN GASES DE ESCAPE (Q¿¿2)¿Se expresa mediante la siguiente ecuación.

Q2=m∗g∗cpg∗(T g−TBS)

Dónde: Cpg(gases de escape)=0.24BTU

lbs−combTemperatura de los gases de escape: Tg= 170°C=338°FTBS=15.55°C=60°F

Composición del combustible en peso:Si, a media carga se obtuvo que C17.5H 16.6

%CCOMB=12∗17.5

12∗17.5+16.6=92.6743%

%HCOMB=7.3257A plena carga el mismo procedimiento %CCOMB=85.4122 y %HCOMB=14.5877

Considerando el %C hallado, la masa de gases por libra de combustible a media carga es:

mg=4 (%CO2 )+(%O2 )+7003 (%CO2+%CO)

∗0.926743 lbs−gaseslbs−comb

mg=4 (12 )+(2.5 )+7003(12+2.5)

∗0.926743

mg=17.252873lbs−gaseslbs−comb

Reemplazando en la formula tenemos que:

Q2=m∗g∗cpg∗(T g−TBS )=17.252873∗0.24∗(338−60 )=1151.1116

7. CALOR PERDIDO POR EVAPORACIÓN DE AGUA DE FORMACIÓN ( Q3)

Q3=9H [1∗(212−T C )+970.3+0.46(T g−212)]BTU

lbs−comb

Dónde: H: % en peso de H (valor obtenido en el apartado anterior)

- (212−TC ) BTUlbs

: Es el incremento de temperatura de agua hasta alcanzar 212°F

- 970.3BTUlbs

: Calor latente de evaporación

- 0.46(T g−212)BTUlbs

: Incremento de la temperatura del agua desde 212°F hasta la

temperatura de los gases T g (promedio)=192°C=161.6°F

Entonces, como los datos especificados son para media carga

Q3=9∗0.073257∗[1∗(212−168.8 )+970.3+0.46 (338−212)] BTUlbs−comb

Q3=705.8209BTU

lbs−comb

8. CALOR PERDIDO POR EVAPORACION DE HUMEDAD SUPERFICIAL DEL COMBUSTIBLE (Q¿¿ 4)¿

Solo es significativo en combustibles sólidos, por tanto: Q4=0.

CALOR PERDIDO EN LOS GASES DE ESCAPECONDICIONES

Q2[ BTUlbs−comb ]


CALOR PERDIDO POR EVAPORACIÓN DE AGUA EN FORMACIÓN

CONDICIONESQ3[ BTU

lbs−comb ]Media carga 705.82093Plena carga 994.30438

9. CALOR PERDIDO POR COMBUSTION INCOMPLETA ( Q5)

REACCIÓN CALOR DE COMBUSTIÓN2C+O2→2CO 3960BTU2C+O2→2CO2 14150BTU

O5=%CO

%CO2+%CO(14150−3960 )∗0.926743[ BTU

lbs−comb ]Donde:

- %CO%C O2+%CO

: Cantidad de CO en los gases de escape con reacciones químicas de

combustible de C y O.- (14150-3960): Cantidad de calor (en BTU) al dejar de tener reacciones químicas a CO2

y haber obtenido en su lugar reacciones químicas a CO.- 0.926743: Fracción en peso de C presente en el combustible, según la fórmula que se

ha obtenido en el combustible.

-%CO%C O2+%CO

∗0.946743: Cantidad de carbón convertido a CO por libra de

combustible.

O5=0.055

0.12+0.055(14150−3960 )∗0.926743[ BTU

lbs−comb ]O5=2967.96065 [ BTU

lbs−comb ]

10. CALOR PERDIDO POR CARBON NO CONSUMIDO Y SE HALLA PRESENTE EN LKAS CENIZAS DEL REFRIGERADOR (Q6)

Debido a que no se recolectó cenizas durante el funcionamiento del generador: Q6=0.

CALOR PERDIDO POR COMBUSTIÓN INCOMPLETA

CONDICIONESQ5[ BTU

lbs−comb ]Media carga 2967.96065Plena carga 1164.086011

11. CALOR PERDIDO DEBIDO AL CALENTAMIENTO DE HUMEDAD DEL AIRE AMBIENTE (Q¿¿7)¿

Q7=M∗Cpv∗(T g−TBS)[ BTUlbs−comb ]

Donde:

M: Vapor de agua ambiental presente por cada libra de combustible, que se expresa abajo.

M=Wlbs de H 2O

lbs deaire∗ra /c

lbs de airereallbs decombustible

Con TBS= 15.55°C y TBH=14.44, en la carta psicométrica: W=0.015lbsde H 2O

lbs deaire

C pv: es el calor específico de vapor de agua y es: C pv=0.46BTUlbs−° F

Entonces: M=0.015lbs de H 2O

lbs deaire∗12.88828 lbs de airereal

lbs decombustible

M=0 .1933242 lbs de vapor de agualbsde combustible

Luego

Q7=M∗Cpv∗(T g−TBS)[ BTUlbs−comb ]

Q7=0.1933242∗0.46∗(338−60)

Q7=24.72229[ BTUlbs−comb ]

12. CALOR PERDIDO POR RADIACIÓN, CONVECCION Y OTROS ( Q8 ¿

Q8=QT−∑i=1

7

Q i

CALOR PERDIDO DEBIDO AL CALENTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL

AIRE AMBIENTALCONDICIONES

Q7[ BTUlbs−comb ]


∑i=1

7

Qi=6827.016844+1151.1116+705.82093+0+2967.96065+0+24.72229

∑i=1

6

Qi=¿11676.63231

QT=Pc=10082.36BTU

lbs−comb

13. CALCULO DEL HP DE CALDERA (HPC)

HPC=Q1

BTUlbs−comb

∗mclbs−comb

h

33500BTU

horas−HP

=6827.016844∗89.31981

33500

HPC=18.202622HPde caldera

14. CALCULO DEL FACTOR DE EVAPORACION

fe= h2−h1∆h(HP .caldera)

fe= h2−h1

970.3BTUlbs

CALOR PERDIDO POR RADIACIÓN, CONVECCIÓN Y OTRO

CONDICIONESQ8[ BTU

lbs−comb ]Media carga -1594.2723Plena carga 494.9841

CALCULO DE HP DE LA CALDERACONDICIONES HPC


CALCULO DEL FACTO DE EVAPORACIONCONDICIONES feMedia carga 1.17014Plena carga 1.14338

15. BALANCE ENERGÉTICO PORCENTUAL

BALANCE ENERGÉTICO (CONDICION A MEDIA CARGA)ORIGEN PORCENTAGE DE ENERGÍACALOR ABSORBIDO-GENERADOR 51.4434%CALOR ABSORBIDO-GASES 8.67394%CALOR ABSORBIDO-AGUA DE FORMACIÓN 5.31855%CALOR ABSORBIDO-COMBUSTIÓN INCOMPLETA

22.3644%

CALOR ABSORBIDO-CALENTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL AIRE AMBIENTAL

0.18628%

CALOR ABSORBIDO-RADIACION CONVECCION Y OTROS

12.0132%

TOTAL 100%

BALANCE ENERGÉTICO (CONDICION A PLENA CARGA)ORIGEN PORCENTAKE DE ENERGÍACALOR ABSORBIDO-GENERADOR 61.6583%CALOR ABSORBIDO-GASES 13.9272%CALOR ABSORBIDO-AGUA DE FORMACIÓN 8.98%CALOR ABSORBIDO-COMBUSTIÓN INCOMPLETA

10.5134%

CALOR ABSORBIDO-CALENTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL AIRE AMBIENTAL

3.9833%

CALOR ABSORBIDO-RADIACION CONVECCION Y OTROS

4.4704%

TOTAL 100%

16. EFICIENCIA DEL GENERADOR ( ηG)

ηG=Q1PC

∗100=6827.01684410082.36

=67.124883

EFICIENCIA DEL GENERADORCONDICIONES ηGMedia carga 67.7124883Plena carga 67.7124953

cálculos y resultados

Documents