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EJEMPLOS DE 3er. EXAMEN PARCIAL GENERADORES DE VAPOR INCLUYE CALCULO DE DIAMETRO Y ALTURA DE CHIMENEACALCULO DE DIAMETRO DE CHIMENEAVg/h = Area x VelocidadVg/h = Dch x V 4Dch =Vg/h0.785 X V X 3600 CALCULO DE ALTURA DE CHIMENEAFt o mGasto volumenVg/h = Cc x VgV = velocidad de los gasesFtsmsOH =PT1Ra Ta1Rg TgP-PT = perdidas de tiroP = Presin atmosfricaPT = P x 10%PPulg de H2OPT = x 1.1m , ftPT se multiplica x 25.4 o5.2 para convertir a m o ft

Una empresa requiere de un generador de vapor que produzca 35,000 lb de vapor / h, a una presin absoluta de 400 lb / in y 650F entrando el agua de alimentacin a la caldera a 80F. la presin atmosfrica es de 720 mm Hg.

En el horno del generador se quema un combustible de composicin C15.5 H33.8. Los gases de combustin tienen la composicin siguiente: CO2 = 12.5%; O2 = 0.3%, CO = 3.0% , H2 = 1.5%; N2 = 82.7%. La humedad del aire es de 0.5 lb agua /lb aire. El horno se encuentra ubicado debajo de la caldera. Se tienen perdidas por combustible no quemado de 3% y perdidas por radiacin de 5%. El aire entra al horno a 200F. la liberacin de calor permitido es de 30.000 BTU / h pie . La temperatura de los gases de combustin en la chimenea es de 500F. La temperatura ambiente es de 80F. Se tienen perdidas de tiro en el horno de 0.3 pulg. De agua , en la caldera de 0.4 pulgadas de agua, en el sobrecalentador de 0.22 pulgadas de agua, en los ductos a la chimenea de 0.02 pulgadas de agua. La velocidad de los gases en la chimenea es de 4 pies/seg. Calcular :1.- Calor comunicado al vapor en la caldera, sobre calentador y total2.- Superficie de calefaccin y caballos caldera si R = 200%3.- Temperatura y volumen del hornoProblema :34.- El rendimiento trmico del generador5.- El consumo de combustible por hora6.- gasto volumen del aire empleado en pie / h7.- gasto volumen de los gases de combustin en pie / h8.- El dimetro y la altura de la chimenea

Solucin : DATOS Hs= 1335.2 BTU/lb ; Hv = 1204.5 BTU / lb ; Hb = 80 32 = 48 BTU /h ; = 22%

1.- Clculos del calor comunicado al vapor: en la caldera, sobre calentador , y total.

Qc = W ( Hv Hb ) =35,000 (1204.5 48) = 40477,500 BTU /hQs = W (Hs Hv) = 35,000 (1335.2 1204.5) = 4574,500 BTU/hQv = Qc + Qs = 40477,500 + 4574,500 = 45052,000 BTU / hQv = W (Hs - Hb) = 35,000 (1335.2 48) = 45052,000 BTU /h3 3 Calculo de la superficie de Calefaccin y Caballos caldera

Qc = 33.5 * S * R :. S = Qc = 40477,500 = 40477,500 33.5 * R 33.5 * 200 6700

S = 6041.4 ft

CC = S = 6041.4 = 604.14 10 10

Calculo del PCS , PCI y % de Carbono e Hidrogeno.

PM C15.5 H33.8 = 219.8

% C = 12 x 15.5 x 100 = 84.622 219.8

% H = 1 x 33.8 x 100 = 15.378 219.8

2Clculos de PCS , PCI, Ap,Wg, y Rg

PCS = 14,500C + 62,000 ( H2 O2 ) + 4000 S 8PCS = 14,500 ( 0.84622) + 62,000 ( 0.15378) = 12,270.19 + 9534.36 PCS = 21,804.55 BTU / lb comb.

PCI = PCS A = 21,804.55 1,494.74 = 20,309.81 BTU / lb comb.

A = h + 9 (%H2) = 9 ( 0.15378) = 1.38402 lb agua/ lb comb.

A = 1080 * 1.38402 = 1,494.7416 BTU/ lb comb.

Aq = 11.5 C + 34.5 H2 + 4.31 S 4.31 O2

Aq = 11.5 ( 0.84622) + 34.5 (0.15378) = 9.73153 + 5.30541

Aq = 15.03694 lb aire / lb combAp = x Aq = 1.0 x 15.03694 = 15.03694 lb aire / lb combustible

Wg = Ap + ( 1- z ) = 15.03694 + ( 1-0 ) = 16.03694 lb gases / lb comb. P = 720 / 760 x 14.7 x 144Calculo del PMg de los gases de comb. P = 2005.389 lb / pie Ta= 80+460=540 ; Tg = 500+460= 960RCO2 = 0.125 * 44 = 5.5 Rg = 1545 = 52.157 pie / RCO = 0.03 * 28 = 0.84 29.622O2 = 0.003 * 32 = 0. 096 Va = Wa x Ra x Ta = 15.03694 x53.5 x 540H2 = 0.015 * 2 = 0.03 P 2005.389N2 = 0.827 * 28 = 23.156 Vg = Wg xRg xTg = 16.0369x52.157 x 960 PMg = 29.622 P 2005.389 Va = 216.62 pie de aire / lb comb Vg = 400.51 pie de gases / lb combClculos de la temperatura y el Volumen del Horno

Th = PCI (1-Pz) + Ap Ca ( TA Tamb ) ( 1- Pr ) (1- ) + Tamb Wg CgTh = 20309.809 ( 1- 0.03) + 15.036 x 0.24 ( 200 80 ) ( 1- 0.05) (1- 0.22) + 80 16.03694 x 0.27

Th = 20133.55 (0.95) ( 0.78) + 80 = 3,525.5 F 4.33

332Vh = Qh = C.c. x PCS = 3087.99 x 21,804.55 = 2244.40 ft QL 30000 30000

Clculos del rendimiento trmico del generador

P = G + WA + a + Z + I + V

G = Wgs Cg ( Tch . Tamb )

Wgs = Ap + ( 1-z-A ) = 15.03694 + ( 1 - 1.38402 ) = 14.65292 lb gases secos lb combustibleG = 14.65292 x 0.27 ( 500 80 ) = 1661.641 BTU / lb combustible

WA = A + 0.48 ( 500 80 ) = 1.38402 1080 + 0.48 ( 420 ) =1773.76

WA = 1773.76 BTU / lb comb.

a = Wa x Ap x 0.48 ( Tch Tamb. ) = 0.05 x 15.03694 x 0.48 x 420

a = 151.57 BTU / lb comb.

3Z = Pz x PCS = 0.03 x 21804.55 = 654.1365 BTU / lb comb

I = CO C K = 3.0 x 0.84622 x 10160 = 1664.050 BTU CO + CO2 3.0 + 12.5 lb comb

R = Pr PCS = 0.05 x 21804.55 = 1090.2275 BTU / lb comb

V = Pv PCS = 0.01 x 21804.55 = 218.0455 BTU / lb comb

P =1661.641 +1773.76 +151.57 +654.1365 +1664.050 +1090.2275 + 218.0455

P = 7213.4305 BTU / lb comb.

g = 1 - P x 100 = 1 - 7213.4305 x 100 = 66.91% PCS 21804.55

Calculo de consumo de combustible por hora

C.c. = W ( Hs Hb) g PCS

C.c. = 45052,000 = 3087.99 lb combustible / h 0.6691 x 21,804.55

Va/h = C.c. x Va = 3087.99 x 216.62 = 668,920.39 pie de aire / h

Vg/h = C.c x Vg = 3087.99 x 400.51 = 1236,770.875 pie de gases de combustin / h

33Vg/h = C.c. x Vg = 3087.99 x 404.41 = 1236,770.875 ft gases de comb. / h

Vg/h = Area x Velocidad

Vg/h = Dch x V 4

Dch = 1236,770.875 = 119.41 pies = 10.45 pies 0.785 x 4 x 3600

H = PT x 5.2 = 1.034 x 5.2 P 1 - 1 2005.38 1 - 1 Ra Ta Rg Tg 53.5 x 540 52. 15 x 960

H = 5.3768 = 5.3768 2005.38 1 - 1 2005.38 (0.0000326223 ) 28890 50563.2H = 5.3768 = 82.18 pies 0.06542

PT = 0.3 + 0.4 + 0.22 + 0.02 = 0.94PT = 0.94 x 1.1 = 1.034 lb/pie Perdidas de tiro

Problema :3La caldera de un generador de vapor es alimentada con agua a una temperatura de 75F, produce vapor de 120 psia y 500 F- El calor total aprovechado por el vapor es de 39450,250 BTU / h , la caldera trabaja a 200% de carga.

En el horno del generador se quema un combustible de composicin en porcentaje de peso es igual a C = 83.5% ; H2 = 12.5 %; S = 0.45%; N2 = 1.75%; O2 = 1.80%; para la combustin se emplea 20% de exceso de aire. La temperatura ambiente es de 75F, se tiene perdidas por radiacin de 3.75% y por combustible no quemado de 2.0%, el horno esta situado debajo de la caldera. La temperatura de los gases de combustin en la base de la chimenea es de 510F. La humedad del aire es de 0.025 Lb de agua / Lb de aire. La liberacin de calor permitida es de 31,100 BTU /h ft. Se tienen perdidas de tiro en el horno de 0.035 pulg. Agua, en la caldera de 0.45 pulg. Agua, en el sobrecalentador de 0.23 pulg. De agua, en los ductos a la chimenea de 0.025 pulg. Agua. La velocidad de los gases en la chimenea es de 35 pies / segundo.Calcular :1.- Calor comunicado al vapor en la caldera, sobrecalentador y total2.- Superficie de calefaccin y caballos caldera3.- Temperatura y volumen del horno4.- El rendimiento trmico del generador5.- El consumo de combustible por hora6.- gasto volumen de los gases de combustin si la presin atmosfrica es de 600 mm Hg y el anlisis Orsat es CO2 = 11.85% , CO= 0.55%; O2 = 1.2%, y el resto es N2 .7.- El dimetro y la altura de la chimenea

Solucin : DATOS Hs= 1277.2 BTU/lb ; Hv = 1190. BTU / lb ; Hb = 75 32 = 43 BTU /h ; = 22%

1.- Clculos del calor comunicado al vapor: en la caldera, sobrecalentador , y total.

Qv = W ( Hs Hb ) = 39450,250 BTU / h

W (1277.2 43) = 39450,250 :. W = 39450,250 1234.2 W = 31,964.227 lb de vapor / h

Qc = W (Hv Hb) = 31,964.227( 1190.4 43 ) = 36675,755.02 BTU / h

Qs = W (Hs Hv ) = 31,964.227 ( 1277.2 1190.4) = 2774,494.977 BTU / h

Qv = Qc + Qs = 36675,755.02 + 2774,494.977 = 39450,250 BTU / h

Qv = W ( Hs Hb ) = 31,964.227 ( 1277.2 43 ) = 39450,250 BTU / h

Calculo de la superficie de Calefaccin y Caballos caldera

Qc = 33.5 * S * R :. S = Qc = 36675,755.02 = 5474 33.5 * R 33.5 * 200

S = 5,474 ft

CC = S = 5,474 = 547.4 10 10Clculos de PCS , PCI, Ap,Wg, y Rg

PCS = 14,500C + 62,000 ( H2 O2 ) + 4000 S 8PCS = 14,500 ( 0.835) + 62,000 ( 0.125 0.018) + 4000 (.0045) = 19,736 8PCS = 19,736 BTU / lb comb.

PCI = PCS A = 19,736 1,215 = 18,521 BTU / lb comb.

A = h + 9 (%H2) = 9 ( 0.125) = 1.125 lb agua/ lb comb.

A = 1080 * 1.125 = 1,215 BTU/ lb comb.

Aq = 11.5 C + 34.5 H2 + 4.31 S 4.31 O2

Aq = 11.5 ( 0.835) + 34.5 (0.125) + 4.31 ( 0.0045) 4.31 ( 0.018)

Aq = 13.85668 lb aire / lb comb

Ap = * Aq = 1.2 * 13.85668 = 16.628016 lb aire/ lb comb.

Wg = Ap + ( 1- z ) = 16.628016 + ( 1-0 ) = 17.628 lb gases / lb comb.

Calculo del PMg de los gases de combustion

CO2 = 0.1185 * 44 = 5.214CO = 0.0055 * 28 = 0.154 Rg = 1545 = 51.596 Pie/ RO2 = 0.0120 * 32 = 0. 384 29.944N2 = 0.864 * 28 = 24.192 Tch = Tbch x 0.8 = 510 x 0.8 = 408F PMg = 29.944

Clculos de la temperatura y el Volumen del Horno

Th = PCI (1-Pz) + Ap Ca ( TA Tamb ) ( 1- Pr ) (1- ) + Tamb Wg CgTh = 18521 ( 1- 0.02) + 16.628 x 0.24 ( 75 75 ) ( 1- 0.0375) (1- 0,22) + 75 17.628 x 0.27

Th = 18150.58 (0.9625) ( 0.78) + 75 = 2,937.985 F 4.75956

Vh = Qh = C.c. x PCS = 2,615.3316 x 19,736 = 1,659.684 ft QL 31100

Calculos del rendimiento trmico del generador

P = G + WA + a + Z + I + V

G = Wgs Cgs ( Tch . Tamb )

Wgs = Ap + ( 1-z-A ) = 16.628 + ( 1 - 1.125 ) = 16.503 lb gases secos lb combustibleG = 16.503 x 0.27 ( 408 75 ) = 1483.785 BTU / lb combustible

WA = A + 0.48 (408 75 ) = 1.25 1080 + 0.48 ( 333 ) = 1394.82

WA = 1394.82 BTU / lb comb.

a = Wa x Ap x 0.48 ( Tch Tamb. ) = 0.025 x 16.628 x 0.48 x 333

a = 66.445 BTU / lb comb.

3Z = Pz x PCS = 0.02 x 19,736 = 394.72 BTU / lb comb

I = CO C K = 0.55 x 0.835 x 10160 = 376.289 BTU CO + CO2 0.55 + 11.85 lb comb

Pr = Pr PCS = 0.0375 x 19,736 = 740.1 BTU / lb comb

V = Pv PCS = 0.01 x 19,736 = 197.36 BTU / lb comb

P = 1483.785 + 1394.82 + 66.445 + 394.72 + 376.289 + 740.1 + 197.36

P = 4,653.519 BTU / lb comb.

g = 1 - P x 100 = 1 - 4653.519 x 100 = 76.43% PCS 19,736

18Calculo de consumo de combustible por hora

C.c. = W ( Hs Hb) g PCS

C.c. = 39450,250 = 2,615.3316 lb combustible / h 0.7643 x 19736

Wg/h = C.c. x 17.628 = 46,103.0657 lb de gases / h

Vg/h = Wg/h x Rg x Tg = 46,103.065 x 51.596 x 868 P 1,671.58

Vg/h = 1235,515.085 pie de gases de combustin / h P = 600 14.7 x 144 = 1,671.1578 lb / pie 70023P = 600 14.7 x 144 = 1,671.1578 lb / pie 70023Vg = Wg x Rg x Tg P

Vg = 17.628 x 51.596 x (510 x 0.8 + 460 ) = 789475.76 1671.1578 1671.1578

Vg = 472.41 ft gases de combustin

Vg = C.c x Vg = 2,615.3316 x 472.41 = 1 235,515.2 ft gases h Calculo del PMg de los gases de combustion

CO2 = 0.1185 * 44 = 5.214CO = 0.0055 * 28 = 0.154 Rg = 1545 = 51.596 Pie/ RO2 = 0.0120 * 32 = 0. 384 29.944N2 = 0.864 * 28 = 24.192 Tch = Tbch x 0.8 = 510 x 0.8 = 408F PMg = 29.9443Vg/h = C.c. x Vg = 2,615.3316 x 472.41 = 1 235,515.2 ft gases de comb. / h

Vg/h = Area x Velocidad

Vg/h = Dch x V 4

Dch = 1235,515.2 = 12.49 pies = 3.53 pies 0.785 x 35 x 3600

H = PT x 5.2 = 0.814 x 5.2 P 1 - 1 1671.16 1 - 1 Ra Ta Rg Tg 53.5 x 535 51.59 x 868

H = 4.2328 = 4.2328 1671.16 1 - 1 1671.16 (0.000012606 ) 28622.5 44780.12H = 4.2328 = 210.06 pies 0.02015

PT = 0.35 + 0.45 + 0.23 + 0.025 = 0.74PT = 0.74 x 1.1 = 0.814 lb/pie Perdidas de tiro