CÁLCULOS REQUERIDOS DE LA PLANTA (segunda Parte)

I.- Calculo del flujo de vapor en el caldero:

Se tiene: Vapor que ingresa a la turbina (Gv) --- ------------- 499225.0005 Kg/Hr Vapor que se emplea para la limpieza

De las superficies calentadas (con los Sopladores de hollín) 0.5%Gv ----------------- 2496.125003 Kg/Hr

Entonces:

Gvc = 499225.0005+2496.125003

Gvc = 501721.1255 Kg/Hr

Resumiendo los flujos de vapor, en Kg/Hr:

Caldero(Gvc)

Turbina(Gv)

CalentadoresC1 C2 C3 C4 C5 C6

501721.1255 499225.0005 34676.16 29629 19066.9 24049.22 19148.22 14615.26

Cálculos en el caldero Acuotubular de la Planta Térmica a Vapor:

1. Determinación del calor entregado por el combustible al vapor (Q A ):

Fig. 1Donde:T14 = 205.81ºC (temperatura del ultimo calentador menos los 6ºC que se asumio

como transferencia d calor)T14’ = 271ºC (se ha asumido la temperatura del caldero menos 45ºC para evitar

el choque térmico)

Según Consideraciones:

Presión de Salida del Sobrecalentador:Se ha asumido que las perdidas de presión entre el sobrecalentador y la entrada a la turbina de alta equivalen a un 5%.

Entonces:

Psobrecalentador = Pturbina 0.95 Psobrecalentador = 10.6868 = 11.2493 MPa 0.95

Presión del Caldero:En el sobrecalentador existe perdidas de presión y estas se han asumido que equivalen a un 10% de la presión del caldero.

Entonces:

Pcaldero = Psobrecalentador 0.90

Pcaldero = 11.2493 = 12.4992 MPa 0.90

Temperatura de Salida del Sobrecalentador:

La tubería que une la salida del sobrecalentador y la entrada de la turbina hay perdidas de temperatura con una caida de temperatura de 20ºF.

Entonces:

Tsobrecalentador = 560+11.111 = 571.111ºC

según la figura anterior: Los gases de escape se aprovecharan para calentar el agua de alimentación y el aire

que requiere para la combustión. Por lo tanto para el calculo de la entrega de calor se considerara entre la salida del

economizador y la salida del sobrecalentador.

Entonces:Salto de entalpía del vapor en el generador de vapor: ∆hcald.

∆hcald. = h1 – h14’

Donde:T1 = 571.111 ºC

P1 = 11.2493 MPah1 = 3542 KJ/Kg

T14’ = 271ºCPcaldero’ = 12.4992 MPah14’ = 1187.6 KJ/Kg

∆hcald = 3542 - 1187.6 ∆hcald = 2354.4 KJ/Kg

Considerando las siguientes perdidas de calor en el caldero : Calor que se llevan los gases de escape : 10% Calor que se pierde por radiación : 2%

Total : 12%

Por lo tanto la eficiencia del caldero será : ŋcaldero = 88%

Luego la cantidad de calor que debe entregar el combustible al vapor considerando estas perdidas será:

QA = Gvc* ∆ h cald ŋ caldero

QA = 501721.1255*2354.4 0.88

QA = 1.342332*109 KJ/Hr

Consumo de combustible: (Gp)Deduciendo dicho termino:

ŋ Caldero = E util = Gvc* ∆ h cald Eq’ cuesta Gc*PCcomb.

Gc = Gvc* ∆ h cald ŋ caldero* PCcomb

Gc = QA PCcomb

Poder Calorífico del Combustible a utilizar en la Caldera Acuotubular:Para nuestra planta se utilizara el GAS NATURAL por lo tanto su poder calorifico sera según datos obtenidos de Internet oscila desde los 39900KJ/Kg. – 44000KJ/Kg.Para nuestro caso vamos a asumir como PCgas natural el promedio : 42000KJ/Kg. Entonces:

Gc = 1.342332*10 9 KJ/Hr 42000KJ/Kg.

Gc = Gp = 31960.2873Kg/Hr

Flujo de los Gases de la Combustión: (Gg)Por ensayos se conoce que para un 80% de exceso de aire :RELACION aire/comb. = 20/1RELACION gases/comb. = 21/1

Gg = 21*Gp = 21*31960.2873Kg/Hr

Gg = 671166.0329Kg/Hr.

Flujo de Aire Requerido para la Combustión: (Gac)

Gac = Gg – Gp = 671166.0329Kg/Hr - 31960.2873Kg/Hr

Gac = 639205.7456Kg/HrDeterminación de la Temperatura de los Gases de Escape a la Salida: (Tg)Como se ha considerado que los gases se llevan el 10% del QA de tendrá: Gg*Cpg*(ts – ti) = 0.1QA

Entonces:

ts = ti + 0.1QA Gg*Cpg

Donde:ti = tambiente = 72ºF = 22ºCQA = 1.342332*109 KJ/HrGg = 671166.0329Kg/Hr.Cpg = 0.24BTU/ºF-lb = 0.5583KJ/ºF-Kg.

Entones:

ts = 72ºF + 0.1*1.342332*10 9 KJ/Hr 671166.0329Kg/Hr.* 0.5583KJ/ºF-Kg

ts = 72ºF + 358.23ºF = 430.23ºF

ts = 221.24ºC*Esta temperatura corresponde a la temperatura de los gases a la entrada del ventilador inducido.

Determinación de la Superficie Calentada del Generador de Vapor para Producir Vapor Saturado:Datos: Capacidad = 250% de capacidad normal.Según la figura 1:

Agua de alimentación (salida de economizador) h14’ = 1187.6 KJ/Kg

Entalpía del vapor saturado:

Pcald.’ = 12.4992 MPaTsaturacion = 327.9ºChg = 2674 KJ/Kg

Entonces:

POTENCIAcaldero = Gvc*(hg – h14’)

POTENCIAcaldero = 501721.1255 Kg/Hr*(2674 KJ/Kg - 1187.6 KJ/Kg)

POTENCIAcaldero = 745758280.9KJ/Hr = 207155.078Kw

POTENCIAcaldero = 277799.4877HP.

Según normas se tiene:

%CAPACIDAD NORMAL Pies2/Hpcaldero200 4.30250 3.58300 2.86

Por lo tanto Superficie Calentada = 3.58 Pies2/Hpcaldero * 277799.4877HP

Superficie Calentada = 994522.166 Pies2

II.-Calculo de los Ventiladores de Tiro Forzado e Inducido:

Para el calculo de la potencia de accionamiento de los ventiladores se usara la siguiente expresión:

Pot = 0.0001573*PCM*H ŋ ventilador

1.-Ventilador de Tiro Forzado: “Alimentación del Aire”

Se tiene:

H = 3' de H2O

PCM = M*R*T PDonde: M = Gac = 1409207.354lb/HrR = 53.3T = 70ºF = 530ºRP = 14.7Psi

PCM = 1409207.354*53.3*530 14.7*144*60

PCM = 313434.5753 Pie3/min

ŋ ventilador = 65%

Entonces:

Pot = 0.0001573*313434.5753*3

0.65

Pot = 227.5535HP = 169.686KW

2.-Ventilador de Tiro Inducido :``Expulsion de Gases´´

PCM = M*R*T P

Donde :

M = Gg = 671166.0329Kg/Hr = 1479667.72lb/HrR = 53.3T = 430.23ºF = 890.23ºRP = 1934Psi

PCM = 1479667.72*53.3 *890.23 1934*60PCM = 605042.5446 Pie3/min

ŋ ventilador = 65%

Entonces:

Pot = 0.0001573*605042.5446*3 0.65

Pot = 439.261HP = 327.557KW

III.-Cálculo en el Condensador:

Flujo del vapor en el Condensador:

Gcond. = Gv – ( G1+G2+G3+G4 )

Gcond = 499225-(34676.16+29629+19066.9+24049.22) Gcond = 391803.72 Kg/Hr Gw = G cond* (h5-h6) CpH2O(TS-Ti)

Donde :

h5 = 2271 KJ/Kgh6 = 137.8 KJ/KgTS = 43.33ºC = 316.33ºKTi = 32.8ºC = 305.8ºKCpH2O = 1.8723 KJ/Kg K

Entonces:

Gw = 391803.72*(2271-137.8) 1.8723*(316.33-305.2)Gw = 40107863.52 Kg/Hr

IV.- Dimensionamiento de la Torre de Enfriamiento:

Para determinar las dimensiones de la Torre se usaran las siguientes expresiones:

Dt = A √ H …… ( I ) Ct√Ct

Gw = 90.59 ∆ h √∆t + 0.3124 ∆h …… ( II ) Dt ∆T

Donde: Dt = Coeficiente de servicio

A = Área de la Base de la Torre, medido por encima del nivel agua de Pozo H = Altura de la Torre medida por encima del nivel del agua de Pozo en pie.

Gw = Agua de circulación en Lb/Hr ∆h = Cambio de Entalpía de aire que pasa por la Torre Ct = Coeficiente de funcionamiento ∆T = Cambio de temperatura del agua de circulación. ∆t = Cambio de temperatura del Bulbo Seco del aire.

En la ecuación II tenemos: ∆t : TBS2 = 100 ºF TBS1 = 70 ºF

∆t = 30 ºF

∆h : h2 = 69.45 BTU/Lb h1 = 32.40 BTU/Lb

∆h = 37.05 BTU/Lb

∆T : TA = 110 ºF TB = 91 ºF

∆T = 19 ºF

Gw = 40107863.52 Kg/Hr

Gw = 88422697.38 Lb/Hr

Gw = 90.59 x 37.05 √30 +0.3124 x 37.05 Dt 19

Dt = 77631.11

Se Considera: Ct = 5 H = 1.5D

De la Ecuación (I) : A = π D 2 = Dt x Ct√Ct 4 π √1.5

D2.5 = 4Dt x Ct x √Ct D2.5 = 4 x 77631.11 x 5 √5

π √1.5 π √1.5

D = 241.069 pies

Pero H = 1.5D H = 1.5 x 241.069

H = 361.6041 pies

H = 361.6041 pies D = 241.069 pies

V.-Calculo de las Bombas del Circuito de Agua de la Planta:

Para el cálculo de la potencia de las bombas se usara la siguiente expresión:

POT = GH2O*H DH2O

a) Bomba de Alimentación: (Ba)

Consideraciones a tomar:

Se tomara 2 veces el flujo del agua de alimentación para proveer posible sobrecarga de la bomba debido a un aumento de carga de la planta. Se considerara que la presión de salida de la bomba será 1.5 la presión del caldero para prever sobre presiones.

GH2O = 2*Gvc = 2*501721.1255 3600 3600

GH2O = 278.7339 Kg/Seg = 614.503 Lb/Seg

H = 1.5*PCALDERO

H = 1.5*1812.8557Psi*2.31 Pie H2O Psi

H = 6281.5452 Pie H2O Asumiendo: ŋ H2O = 70%

Por lo tanto:

POT(Ba) = 614.503*6281.5452 550*0.70

POT(Ba) = 10026.047Hp = 7476.4238KW

b) Bomba de Condensado: (Bco)

Consideraciones:

Se tomara 2 veces el agua d condensado para prever posible sobrecarga de la planta.

En cuanto a la presión no es necesario incrementarlo debido a que se bombea a un deposito abierto.

GH2O = 2*391803.72 = 217.6687Kg/Seg = 479.877Lb/Seg3600

H = Altura debido a la diferencia de niveles = 65’de H2OAltura de presion = 0.214MPa = 31 Psi = 71.698’ de H2O

Entonces:

H = 65 + 71.698 = 136.698’de H2O

Por lo tanto:

POT(Bco) = 479.877*136.698 550*0.70

POT(Bco) = 170.3847HP = 127.056KW

b) Bomba de Circulación o de Refrigeración del Agua de Enfriamiento: (Bc)

GH2O = Gw = 40107863.52 Kg/Hr = 24561.86Lb/Seg

POT(Bc) = 24561.86*170. 550*0.65

POT(Bc) = 11679.765HP = 8709.601KW