Balance Termico de Una Caldera

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA - ENERGÍA

TITULO: Balance térmico en una caldera

PROFESOR: Ing. Pinto Espinoza Hernán

CURSO: Ingeniería Térmica e Hidráulica experimental

G. HORARIO: 01L

ALUMNOS(S): Alvarez Caycho RaúlCortez Herrera IvánLaureano Ninaquispe Marcelo

CALLAO – 2014

ÍNDICE

1. RESUMEN................................................................................................................................................ 1

2. INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................... 1

3. OBJETIVOS............................................................................................................................................. 2

3.1. GENERAL................................................................................................................................................23.2. ESPECÍFICOS.........................................................................................................................................2

4. ESQUEMA DEL BANCO DE PRUEBAS...............................................................................................3

5. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO.......................................................................................................... 3

6. TABULACIÓN DE DATOS..................................................................................................................... 4

7. ANÁLISIS Y METODOLOGÍA DEL CÁLCULO.....................................................................................5

8. TABULACIÓN DE RESULTADOS.........................................................................................................6

9. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES.........................................................................................8

Balance térmico en la caldera

1. RESUMEN

En esta experiencia vamos a realizar el balance térmico de un caldero, que consiste en igualar la energía calorífica que entrega el combustible con la energía que es aprovechada por el agua más las pérdidas del sistema.

Para hallar la eficiencia de la caldera se utilizaron dos métodos, el Método directo, en el que se requieren 5 datos de prueba para obtener la eficiencia de manera casi directa, y el Método indirecto, en el cual se evalúan el calor absorbido por el agua o calor útil y las diversas pérdidas de calor que existen en el funcionamiento de la caldera. De todas estas pérdidas se puede apreciar que la pérdida de calor por los gases de escape y por combustión incompleta son las mayores a todas las demás

2. INTRODUCCIÓN

Las Calderas son máquinas generadoras de vapor. Existen de diferentes tipos y características; para variados usos. Entre ellas tenemos:

CLASIFICACION

a.- Por la presión de trabajo:

- De alta presión: Usados básicamente en generación de Potencia, de trabajo arriba de los 100 psi.

- De baja presión: Usados básicamente en procesos Industriales, pequeñas plantas de generación de potencia. Presión de trabajo por debajo de los 100 psi.

b.- Por la posición de los gases y el agua:

- Pirotubulares: Los gases producto de la combustión van por el interior de los tubos; mientras que el agua por el exterior a estos.

- Acuotubulares: Los gases van por el exterior de los tubos y el agua por el interior de estos.

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c.- Por la posición de los tubos:

- Verticales.

- Horizontales.

- Inclinados.

CALDERA PIROTUBULAR

3. OBJETIVOS

3.1. GENERAL

El objetivo general de este ensayo es realizar un balance térmico del generador de vapor; así como hacer un estudio de su performance considerando la importancia de este elemento en el Sector Industrial

3.2. ESPECÍFICOS

Determinar la eficiencia de la caldera, las pérdidas de energía que se producen durante su funcionamiento y representar el Balance térmico de la Caldera



4. ESQUEMA DEL BANCO DE PRUEBAS

Figura Nº 1: Caldero pirotubular del laboratorio de mecánica de fluidos y maquinas térmicas de la FIME- UNAC

5. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

a) Antes de prender la unidad de generadora de vapor debemos de tener en cuenta que tenga los requerimientos mencionados por el profesor

b) a la presión de 70 psi, utilizamos un tiempo de prueba de 15 min.c) . Tomamos los valores del flujo de vapord) Medimos temperatura de bulbo seco y húmedo, la temperatura de

combustible y la temperatura del agua e) También debemos de tener en cuenta el consumo de combustible.



6. TABULACIÓN DE DATOS

P caldera = 59Psi = 4.06 bar

D tanque=62cm

TBS= 22ºC (temperatura bulbo seco)

TBH= 20ºC (temperatura bulbo húmedo)

Tagua= 32ºC

Tg=180 ºC (temperatura gases)

∆h=23mm

t= 15 minutos

mv=129. 5 kghr

Datos del combustible

Diesel-2: PC=19300 kJ/kg

Tcomb=23 ºC

S=0.876

ρ=876 kgm 3

Analisis de gases:

O2=9.5%

CO2=8.5%

CO=4 ppm



7. ANÁLISIS Y METODOLOGÍA DEL CÁLCULO

Método directo

a) Calculo del calor útil:

Qu=mv

mc(hs−hi )

kgKJ

Donde el flujo másico de combustible:

mC=ρc∗[ π∗D2∗∆h

4 ]∗1t

b) Eficiencia de la combustión:

Qc=Pc

n=

mv

mcx (hs−hi)

Pcx100

Donde:hs=entalpia de vapor (Tv, Pv)hi=entalpia del vapor (Tag)

Método indirecto

a) Perdidas en los gases de escape Qi

Qi=mg

mc∗CPg(T g−T BS)

b) Eficiencia :

n=QComb−∑Qi

QComb=(1−∑Qi

QComb) x100



Ecuación real

C xHy+a (O2+3 .76N 2)⟶bCO2+dCO+eO2+ f N2+g H2O

Análisis de gases

ra / c=ax32+3 .6xax 2812 xX+1xY

Petróleo diesel 2:

Ecuación teórica:

C7H15+a (O2+3 .76N 2)⟶bCO2+c N2+d H2O

ra / c=ax32+3 .6xax 2812x7+15

c) Exceso de aire

% excesode aire=(ra / c)real(r a/ c) t

x 100−100

8. TABULACIÓN DE RESULTADOS

Método directo

De tablas:

hs =2747.12 kJ/kghi = 134.08 kJ/kg

mC (kJ /hr ) Qu(kJ /kg) n (%)

24.33 1398.28 72.06



Metodo indirecto

Perdidas en los gases de escape Qi

Qi=mg

mc∗CPg(T g−T BS)

mg

mc=C (

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

)

mg

mc=0.85( 4∗8.5+9.5+700

3(0.004+8.5))

mg

mc=¿24.79

CPg=1.0035

Qi=24.79∗1.0035(180−22)

Qi=3930.53

Eficiencia

n=19300−3930.5319300

x100

n=79.63%

Ecuación real:

C xHy+a (O2+3.76N2 )⟶8.5CO2+0 .0004CO+9.5O2+ f N2+g H 2O

f=100−8.5−0.0004−9.5=81.9996

a=21.8

g=7.5996

X=8.5004



Y=17.0008

ra / c=21.8 x32+3.6 x 21.8 x 2812 x 8.5004+1 x17.0008

ra / c=24.32

Ecuación teórica:

C7H15+a (O2+3.76N2 )⟶bC O2+c N2+d H 2O

a=10.75

b=7

c=40.42

d=7.5

ra / c=10.75 x32+3.6 x 10.75 x 28

12 x7+15

ra / c=14.42

Exceso de aire

% excesode aire=24.3214.42

x100−100

% excesode aire=68.65

9. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

Podemos apreciar que los resultados por el método directo y el indirecto son aproximadamente iguales por lo cual estamos demostrando que se puede trabajar con cualquiera de ellos.

Podemos ver el balance de las ecuaciones y en la cual no estamos considerando varias mas perdidas que generan estas.



Es necesario verificar y rectificar los equipos e instrumentos de laboratorio para así realizar los ensayos y obtener de ellos resultados congruentes.


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