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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECANICAS
ESCUELA DE INGENIERIA MECANICASISTEMAS TERMICOS I
SIMULACION PARA EL ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNACALDERA PIROTUBULAR
Ana Carolina Medina2062617
Weiar Ed!ardo Man"illa 2070#1$O%&ar Ar'!ello 20(#0()
Ger%on Ed!ardo *ian&+a 2061,71Ed-in Ferne. /!in"ero
20702#1
+""%---3.o!"!4e3&o-a"&+5"')8OT!R-%
INTRODUCCION
Median"e ro'raa&i9n 'ra:&a en %i!lin8 . la !"ili;a&i9n de o"ro%
ar
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4o4a de alien"a&i9n . &!ando %! re%i9n del aor +a al&an;ado lo%,00 Ha3
MODELAMIENTO MATEMATICO
Variables de entrada:
´Qtotal : Calor proveniente del
quemador (función previamentehallada)
ḿa¿ : Flujo másico de agua entrante
ha¿ : Entalpia del agua entrante
ḿv out : Flujo másico de vapor saliente
hvout : Entalpia del vapor saliente
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Variables en la caldera:
P : Presión en el interior de la
caldera
ma : Masa de agua en el interior de
la caldera
mv : Masa de vapor en el interior de
la caldera
ha : Entalpia de la masa de agua en
el interior de la caldera
mav : Masa de agua que se evapora
t : Tiempo
hv : Entalpia del vapor en el interior
de la caldera
V : Volumen total de la caldera
V a : Volumen de agua en la caldera
V v : Volumen de vapor en la caldera
va : Volumen especiico del agua
v v : Volumen especiico del vapor
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!alance "lo#al de energ$a del volumen de control:
Q́t + ḿae∗hae− ḿvs∗hvs=d ( H v+ H a )
dt
¿d (mv∗hv )
dt +
d ( ma∗ha )dt
=d mv
dt ∗hv+
mv∗d hvdt
+d ma
dt ha+
ma∗d hadt
¿ d mv
dt
∗hv+
mv∗d hvdT
∗dT
dt
+d ma
dt
∗ha+
ma∗d hadT
∗dT
dt
dmv
dt ∗hv+
dma
dt ∗ha+
dT
dt ∗(mv∗d hvdT +
ma∗dhadT )
Q́t + ḿae∗hae− ḿvs∗hvs=d mv
dt ∗hv+
dma
dt ∗ha+
dT
dt ∗(
mv∗d hvdT
+ma∗d hadT )
%ado como resultado la ecuación &:
dmvdt
=[ Q́t + ḿae∗hae− ḿvs∗hvs−
d ma
dt ∗ha−
dT
dt ∗(mv∗d hvdT +
ma∗d hadT )]∗1
hv(1)
!alance de masa de agua:
ḿae− ḿav=d ma
dt (2)
Volumen de caldera constante:
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V =V a+V v=ma∗va+mv∗vvdV
dt =0=
va∗d madt
+d va
dt ∗ma+
dmv
dt ∗vv+
mv∗d v vdt
=¿
va∗dmadt
+dmv
dt ∗vv+
mv
∗d vv
dT ∗dT
dt +
ma
∗d va
dT ∗dT
dt
%espejando:
dT
dt =
−1mv∗dvvdT
+ma∗d va
dT
∗( va∗d madt +dmv
dt ∗vv)(3)
'as ecuaciones & * en general depende de las condiciones in$ciales de
ma ,mv , P igualmente que sus respectivas variaciones en el tiempo
dma
dt ,d mv
dt ,dp
dt +
PARÁMETROS INICIALES
Ade
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EESB donde %e eri"e ariar la 'eoe"ra de la &aldera %e'n el =a4ri&an"e
. de"erinar la% &ondi&ione% ini&iale%3
Se adjunta los respectivos clculos en el arc!ivo EES
Sele&&i9n de la &aldera . lo% da"o% ad!irido% ara del &a"
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• Ma%a "o"al ini&ial
mt =1913,226 [kg]
• @re%i9n ini&ial
P=450[kpa]
REQUERIMIENTOS DE LA CALDERA
En el 4lo!e Si"nal Builder B %e &on%"r!.9 la %i'!ien"e 'ra:&a de Con%!o
de Vaor &on"ra el "ieoB %i!lando el re!eriien"o real ara &aldera3
Figura 1. Con%!o +orario de aor en 8'% % "ieo en %e'!ndo%
El &on%!o de aor e% !n ar
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En el 4lo!e E#$edded MATLAB %unction %e in"rod!Jo el &9di'o delro'raa !e reali;a el &on"rol . de"erina el =!n&ionaien"o de la &aldera3
En el 4lo!e de Me#or& B donde %e '!arda el alor del e%"ado an"eriorB %e
e%"a4le&i9 !n alor ini&ial de 0B ara !e el ro'raa arran&ara
&on%iderando la 4o4a &oo aa'adaB o 1 ara &on%iderar &aldera
en&endida3
En el 4lo!e de Inte"rador B eri"i9 %!ar "odo% lo% di=eren&iale% de
&on%!o de aor de la &alderaB eleando el 4lo!e Ra#pa'
e%"a4le&iendo !na endien"e de 1B %e reali;9 !na analo'a del aneJo del
"ieo de %i!la&i9nB ara "ener &on"rol %o4re el "ieo del en&endido de
la 4o4a3
El 4lo!e Mu( %e ele9 ara !nir la% 'r
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Al i"ual )ue en el pro"ra#a del calculo del calor util se "eneraron
unas tendencias de las propiedades' las cuales posterior#ente se
derivaron para reali*ar los $alances de ener"ia correspondientes &
sus variaciones respecto a la te#peratura+
Se rali;o el 4alan&e de a%a &on e%"a% =!n&ione% ara oder &on"rolar elin're%o de a'!a a la &laderaB la% =!n&ione% . el &on"rol %e !e%"ran a
&on"in!a&ion3
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En cuanto a las ,unciones )ue representan cada caldera' estas
,ueron o$tenidas del pro"ra#a en #atla$ atraves de clculos de
calor para di,erentes presiones de ,unciona#iento &
posterior#ente para dic!os datos arrojados se "ener- una ,unci-n
de dependencia ' la cual o$serva#os para cada una de las caldera
en la pro"ra#aci-n+
L!e'o de reali;ar el 4alan&e de a%a . &ono&er a%a de a'!a eaorada
%e reali;a el &on"rol de niel edian"e el %i'!ien"e %!4%i%"ea
Figura 3. Dia'raa ara el &on"rol de niel
Donde el 4lo!e de &on"rol &on"iene el %i'!ien"e &9di'o
Figura 4. @ro'raa&i9n del &on"rol de niel
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Lo% o"ro% %!4%i%"ea% !%ado% en la ro'raa&i9n %on oera&ione%
a"e
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@ara o4%erar . anali;ar el &oor"aien"o de la &aldera %e 'ra:&aron
di%"in"o% ar
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La% &aldera% a %i!lar an a %er ro4ada% &on e%"o% re!eriien"o% de
aor %iendo la %eal 1 la ra"a de aor ori'inalen"e ei'ida or el
ro4lea lan"eado3
La% 'r
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Figura !. F!n&ionaien"o de la Caldera
En e%"a 'ra:&a %e o4%era el &oor"aien"o 'eneral de lo% di%"in"o% ar
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La 'ra:&a de re!eriien"o de aor . el en&endido de la 4o4a "ienen 'anan&ia% ara o4%erarla% en la i%a e%&ala
. a% oder &oararla%3
Figura "3 Con"rol de @re%i9n ),0 a 600 H@a
Aa'adoEn&endido
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El !n"o de &on"rol de la re%i9n nia de la &aldera e%"< !4i&ada en ),0 HaB &!ando la re%i9n lle'!e a e%"e alor el
!eador %e de4e en&enderB %!ini%"r
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C!ando en la &aldera +a. !n %!ini%"ro de a'!a de reo%i&i9nB de4ido a !e e%"a en"ra &on !na "eera"!ra enor .
&on %! re%e&"ia en"aliaB o&a%iona !n &a4io en el e%"ado del %i%"eaB o&a%ionando !na e!ea &ada de re%i9n3 En
la 'r
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A edida !e la &aldera %!ini%"ra
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&oor"aien"o de la &aldera e% el ade&!ado3 En la 'r
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Se o4%era &oo la &aldera &!ando lo% re!eriien"o% de aor %on enore% a lo% de di%eo "ra4aJa %o4radaB e% de&ir
en&iende !. o&a% e&e% el !eador de la &aldera al i'!al la 4o4a de reo&i&ion de a'!aB !e e% lo !e %e
e%eraria3
Figura 14. ALTO RE/UERIMIENTO
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Con lo% re!eriien"o% de aor al"o%B la &aldera no e% &aa; de an"ener %! re%i9nB or el &on"rario de%&iendedea%iado a% la &aldera e%"e en&endida . %!ini%"rando &alor r
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Para )$ri*+ar $, -u+i(a/i$&( '$ ,a +a,'$ra %$ r$a,i0 ua %i/u,a+i +( ,(% )a,(r$% (/ia,$% '$ )a(r+a,(r r$%i
Figura 163 F!n&ionaien"o ara el Fl!Jo Noinal de la Caldera
Re!eriien"o noinal de
@re%ionOnO *o4a OnO Caldera
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De la =!n&i9n re%e&"ia de la &alderaB ara e%"e &a%o la Caldera $0B +allao% el &alor "ran%=erido ara !na re%i9n :JaB
de all de"erinao% el !Jo de aor noinal !e la &aldera !ede %!ini%"rarB . &on e%"e ar
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ha−¿=623.3[ KJ Kg ]Posteriormente se realizaron las pruebas y comparaciones correspondientes a los demás tipos de calderas y se
obtu$ieron las siguientes (unciones del calor en (unción de la presión de saturación as& como las grá'cas del
(uncionamiento general de cada sistema sistema:
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Caldera ,0
Qt =1.0249 e−13∗ Psa t 6−4.3552e−10∗ Psa t 5+7.0249 e−7∗ Psat 4−0.00054912∗ Psa t 3+0.2309∗ Psa t 2−66.727∗ Psat +4.6944 e5
1000[ KW ]
Caldera $0
Qt =−2.1632e−13∗ Psa t 6+8.1721 e−10∗ Psat 5−1.2536 e−6∗ Psa t 4+0.00096313∗ Psa t 3−0.33862∗ Psat 2+4.5205∗ Psat +6.5908 e5
1000[ KW ]
Caldera 100
Qt =9.0739e-13∗ Psa t
6−3.283e-9∗ Psa t
5+4.561e-6∗ Psa t
4−0.0030804∗ Psa t
3+1.0966∗ Psa t
2−252.4∗ Psat +8.1028e5
1000[ KW ]
Figura 1. F!n&ionaien"o 'eneral de la Caldera ,0
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El &oor"aien"o de la &aldera &on lo% re!eriien"o% rede"erinado% de aor no e% el ade&!ado .a !e la re%ion
en la &aldera &ae a alore% no de%eado% . e%"a de4e e%"ar en&endida !&+o "ieoB %in e4ar'o la %i!la&ion "ra4aJa
de anera o"ia al i'!al !e en la &aldera "io $03
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Figura 1!. F!n&ionaien"o 'eneral de la Caldera 100
E%"a &aldera "ra4aJa %o4rada re%e&"o a lo% re!eriien"o% de aorB lo &!al era de e%erar%e .a !e la $0
"ra4aJa de anera o"ia . !na e; a% la %i!la&ion =!n&iona &oo de4eriaP la &aldera an"iene in"eralo%
de en&endido de la &aldera en "ieo% no "an lar'o%3
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CONCLUSIONES OBSERACI7NES
• dd" %e "orna ne'a"io &!ando la &aldera e%"< en el "ieo de
&a"alo'o re%en"an &ier"a% aria&ione%B e%"o de4ido a !e
"oda% la% roiedade% . ade
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